JP2018503942A - Membrane electrode assembly - Google Patents

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Abstract

ガス供給層(100、700)上に配置された又はガス供給層(100、700と、ガス分散層(200、600)との間に配置された酸素発生反応触媒を含む、膜電極アセンブリ。本明細書で説明する膜電極アセンブリは、例えば、燃料電池などの電気化学デバイスにおいて有用である。【選択図】図1A membrane electrode assembly comprising an oxygen evolution reaction catalyst disposed on a gas supply layer (100, 700) or between a gas supply layer (100, 700 and a gas dispersion layer (200, 600). The membrane electrode assembly described herein is useful, for example, in electrochemical devices such as fuel cells.

Description

関連出願の相互参照Cross-reference of related applications

本願は、2014年12月15日に出願された米国仮特許出願第62/091851号、及び2014年12月23日に出願された同第62/096097号の利益を主張するものであり、これらの開示内容はすべて参照によって本明細書に組み込まれる。   This application claims the benefit of US Provisional Patent Application No. 62/091851 filed on December 15, 2014 and No. 62/096097 filed on December 23, 2014. The entire disclosure of which is incorporated herein by reference.

本発明は、米国エネルギー省の助成による協同契約第DE−EE0000456号の下で米国政府の支援によりなされたものである。政府は本発明において一定の権利を有する。   This invention was made with the support of the US Government under a cooperative contract DE-EE0000456 with the support of the US Department of Energy. The government has certain rights in the invention.

プロトン交換膜燃料電池は、ポリマー電解質膜(PEM)燃料電池(PEMFC)としても知られ、水素電極反応及び酸素電極反応中に放出される電気化学的エネルギーを電気エネルギーに変換する。水素流は、膜電極アセンブリ(MEA)のアノード側に輸送される。アノードにおける半電池反応である水素酸化反応(HOR)は、水素をプロトンと電子とに分ける。新たに生成されるプロトンは、ポリマー電極膜を通じてカソード側に透過する。電子は、外部負荷回路に沿ってMEAのカソード側に移動し、それによって、燃料電池の電流出力を生じさせる。一方、(典型的には空気中の)酸素流は、MEAのカソード側に輸送される。カソード側において、酸素分子は、外部回路を通じて到達する電子によって還元され、ポリマー電解質膜を透過してくるプロトンと合わさって、水分子を形成する。このカソード半電池反応は、酸素還元反応(ORR)である。両半電池反応は、典型的に、白金系物質によって触媒される。各電池は約1.1ボルトを生じさせるので、特定の用途に望ましい電圧に達するためには、電池を組み合わせてスタックを作製する。各電池は、バイポーラプレートで隔てられ、バイポーラプレートはまた、水素燃料供給チャネル及び電流抽出方法を提供する。PEM燃料電池は、すべての燃料電池の中で最も高いエネルギー密度を有すると考えられ、また、反応の性質に起因して、最も速い起動時間(1秒未満)を有する。したがって、これは、自動車、携帯電源、及び予備電源用途等の用途に好ましい傾向がある。   Proton exchange membrane fuel cells, also known as polymer electrolyte membrane (PEM) fuel cells (PEMFC), convert the electrochemical energy released during hydrogen and oxygen electrode reactions into electrical energy. The hydrogen stream is transported to the anode side of the membrane electrode assembly (MEA). The hydrogen oxidation reaction (HOR), which is a half-cell reaction at the anode, divides hydrogen into protons and electrons. Newly generated protons pass through the polymer electrode membrane to the cathode side. The electrons travel along the external load circuit to the cathode side of the MEA, thereby producing a fuel cell current output. On the other hand, an oxygen stream (typically in air) is transported to the cathode side of the MEA. On the cathode side, oxygen molecules are reduced by electrons that reach through the external circuit, and combine with protons that permeate the polymer electrolyte membrane to form water molecules. This cathode half-cell reaction is an oxygen reduction reaction (ORR). Both half-cell reactions are typically catalyzed by platinum-based materials. Since each battery produces approximately 1.1 volts, the batteries are combined to create a stack to reach the desired voltage for a particular application. Each cell is separated by a bipolar plate, which also provides a hydrogen fuel supply channel and a current extraction method. PEM fuel cells are considered to have the highest energy density of all fuel cells and have the fastest start-up time (less than 1 second) due to the nature of the reaction. Therefore, this tends to be preferred for applications such as automobiles, portable power supplies, and standby power applications.

自動車用途で動作するPEM燃料電池は、典型的に、何年もの動作期間にわたって数千回の起動/停止事象を経験する。この繰り返される燃料電池の起動/停止サイクルの過渡期間中、また、他の異常な燃料電池の動作条件中(例えば、局所的な燃料欠乏によって引き起こされる電池の転極)、電極は、その正常動作値及び水の熱力学的安定性を著しく超えて比較的高い正の電位に一時的になる場合がある(即ち、>1.23V)。これら過渡高電位パルスは、触媒層の劣化につながり得る。また、炭素担持触媒については、炭素担持体の腐食が生じることもある。   PEM fuel cells operating in automotive applications typically experience thousands of start / stop events over many years of operation. During this repeated fuel cell start / stop cycle transient, and during other abnormal fuel cell operating conditions (eg, cell reversal caused by local fuel depletion), the electrode operates normally. The value and the thermodynamic stability of water may be significantly exceeded (i.e.> 1.23 V) temporarily at a relatively high positive potential. These transient high potential pulses can lead to degradation of the catalyst layer. Moreover, about a carbon supported catalyst, corrosion of a carbon support body may arise.

炭素の腐食又は触媒の劣化/溶解よりも水の電気分解に有利に働くようにするために酸素発生反応(OER)触媒を組み込むことは、電池の電圧を低下させることによって過渡条件中の燃料電池の耐久性を得るための比較的新しい材料ベースのストラテジーである。Ruは、優れたOER活性を示すことが観察されているが、安定化されることが好ましい。Irは、Ruを安定化させ得ることが周知であるが、一方、Ir自体が、良好なOER活性を示すことが観察されている。   Incorporating an oxygen evolution reaction (OER) catalyst to favor the electrolysis of water over carbon corrosion or catalyst degradation / dissolution reduces the cell voltage and fuel cells during transient conditions It is a relatively new material-based strategy to achieve the durability of Ru has been observed to exhibit excellent OER activity, but is preferably stabilized. While it is well known that Ir can stabilize Ru, it has been observed that Ir itself exhibits good OER activity.

起動前、アノード流場は、典型的に、空気で充填される。燃料電池の起動中、気体が空気から水素に切り替わり、その結果、アノード流場を通して移動するH−空気前線が生じる。燃料電池を停止すると、気体の切り替えによって形成されたH−空気前線は、アノード流場を通して逆方向に移動する。移動しているH−空気前線内の水素及び酸素は、特に白金等の触媒が存在する場合、再結合し、水を生成する場合があることが知られている。この反応は、比較的激しい場合がある。 Prior to startup, the anode flow field is typically filled with air. During startup of the fuel cell, the gas is switched to hydrogen from the air, as a result, H 2 moves through the anode flow field - occurs air front. When stopping the fuel cell, H 2 is formed by switching a gas - air front moves in the opposite direction through the anode flow field. Go and are H 2 - hydrogen and oxygen in air front, especially when the catalyst such as platinum is present, recombine, it is known that in some cases to produce water. This reaction can be relatively intense.

気体を切り替えることによるMEA性能への悪影響を低減することが望ましい。   It is desirable to reduce the adverse effects on MEA performance from switching gases.

1つの態様では、本開示は、
第1のガス供給層と、
任意選択で第1のガス分散層と、
第1の触媒を含むアノード触媒層と、
膜と、
第2の触媒を含むカソード触媒層と、
任意選択で第2のガス分散層と、
第2のガス供給層と、を順に備え、
第1のガス供給層が、略対向した第1主面と第2主面とを有し、
アノード触媒層が、略対向した第1主面と第2主面とを有し、第1のガス供給層の第2主面が、第1のアノード触媒層の第2主面によりもアノード触媒層の第1主面により近く、
膜が、略対向した第1主面と第2主面とを有し、アノード触媒層の第2主面が、膜の第2主面によりも膜の第1主面により近く、
カソード触媒層が、略対向した第1主面と第2主面とを有し、膜の第2主面が、カソード触媒層の第2主面によりもカソード触媒層の第1主面により近く、
第2のガス供給層が、略対向した第1主面と第2主面とを有し、カソード触媒層の第2主面が、第2のガス供給層の第2主面によりも第2のガス供給層の第1主面により近く、
下記の層のうちの少なくとも1つ、即ち、
第1のガス供給層の第1主面の上に配置された酸素発生反応触媒を含む層、
酸素発生反応触媒を含む第1のガス供給層、
第1のガス供給層の第2主面の上に配置された酸素発生反応触媒を含む層、
第1のガス供給層と第1のガス分散層との間に配置された酸素発生反応触媒を含む層、
第1のガス分散層の第1主面の上に配置された酸素発生反応触媒を含む層、
酸素発生反応触媒を含む第1のガス分散層、
第1のガス分散層の第2主面の上に配置された酸素発生反応触媒を含む層、
第2のガス分散層の第1主面の上に配置された酸素発生反応触媒を含む層、
酸素発生反応触媒を含む第2のガス分散層、
第2のガス分散層の第2主面の上に配置された酸素発生反応触媒を含む層、
第2のガス供給層と第2のガス分散層との間に配置された酸素発生反応触媒を含む層、
第2のガス供給層の第1主面の上に配置された酸素発生反応触媒を含む層、
酸素発生反応触媒を含む第2のガス供給層、
第2のガス供給層の第2主面の上に配置された酸素発生反応触媒を含む層、のうちの少なくとも1つが存在する、膜電極アセンブリを提供する。
In one aspect, the disclosure provides
A first gas supply layer;
Optionally a first gas dispersion layer;
An anode catalyst layer comprising a first catalyst;
A membrane,
A cathode catalyst layer comprising a second catalyst;
Optionally a second gas dispersion layer;
A second gas supply layer in order,
The first gas supply layer has a first main surface and a second main surface that are substantially opposed to each other,
The anode catalyst layer has a first main surface and a second main surface that are substantially opposed to each other, and the second main surface of the first gas supply layer is more anode catalyst than the second main surface of the first anode catalyst layer. Closer to the first major surface of the layer,
The membrane has a first major surface and a second major surface that are substantially opposed, wherein the second major surface of the anode catalyst layer is closer to the first major surface of the membrane than the second major surface of the membrane;
The cathode catalyst layer has a first main surface and a second main surface substantially opposed to each other, and the second main surface of the membrane is closer to the first main surface of the cathode catalyst layer than to the second main surface of the cathode catalyst layer. ,
The second gas supply layer has a first main surface and a second main surface that are substantially opposed to each other, and the second main surface of the cathode catalyst layer is also second than the second main surface of the second gas supply layer. Closer to the first main surface of the gas supply layer of
At least one of the following layers:
A layer containing an oxygen generation reaction catalyst disposed on the first main surface of the first gas supply layer;
A first gas supply layer containing an oxygen generation reaction catalyst;
A layer containing an oxygen generation reaction catalyst disposed on the second main surface of the first gas supply layer;
A layer containing an oxygen generation reaction catalyst disposed between the first gas supply layer and the first gas dispersion layer;
A layer containing an oxygen generation reaction catalyst disposed on the first main surface of the first gas dispersion layer;
A first gas dispersion layer comprising an oxygen evolution reaction catalyst;
A layer containing an oxygen generation reaction catalyst disposed on the second main surface of the first gas dispersion layer;
A layer containing an oxygen generation reaction catalyst disposed on the first main surface of the second gas dispersion layer;
A second gas dispersion layer containing an oxygen generation reaction catalyst;
A layer containing an oxygen generation reaction catalyst disposed on the second main surface of the second gas dispersion layer;
A layer containing an oxygen generation reaction catalyst disposed between the second gas supply layer and the second gas dispersion layer;
A layer containing an oxygen generation reaction catalyst disposed on the first main surface of the second gas supply layer;
A second gas supply layer containing an oxygen generation reaction catalyst,
A membrane electrode assembly is provided wherein there is at least one of a layer comprising an oxygen evolution reaction catalyst disposed on a second major surface of a second gas supply layer.

予想外にも、酸素発生反応(OER)触媒(例えば、Ru,Ir,RuIr又はこれらの酸化物)と、水素PEM燃料電池のアノード側のPt系水素酸化反応(HOR)触媒又はカソード側のPt系酸素還元反応(ORR)触媒とを物理的に隔てることによって、起動/停止又はセルの転極(局所的な燃料欠乏に起因)などのガス切り替え事象に関連する、触媒の耐久性の実質的な改善を達成できることを見出した。本明細書で説明する膜電極アセンブリ(MEA)の更なる利点は、ポリマー電解質膜に接合させるアノード触媒層及びカソード触媒層の選択とは独立に、OER触媒を変えることができることである。よって、OER触媒を、炭素担持Pt又はナノ構造化薄膜担持体上のPtなどの様々なHOR触媒層及びORR触媒層を有する、触媒層付電解質膜と共に使用できる。特定のアノード、カソード、担持要件などの具体的な顧客のニーズを満たすように、OER触媒の添着、処理及び性能向上の助剤を調整できる。この手法はまた、ガス供給層若しくはガス分散層上又はガス供給層若しくはガス分散層内のOER触媒を1つのコンポーネントとし、それ以外に別の触媒層が加わる、様々な触媒層付電解質膜(CCM)及びMEA構成を可能にする。   Unexpectedly, an oxygen evolution reaction (OER) catalyst (eg, Ru, Ir, RuIr or an oxide thereof) and a Pt-based hydrogen oxidation reaction (HOR) catalyst on the anode side of a hydrogen PEM fuel cell or Pt on the cathode side By physically separating the oxygen reduction reaction (ORR) catalyst, the substantial durability of the catalyst associated with gas switching events such as start / stop or cell reversal (due to local fuel depletion) Have found that this improvement can be achieved. A further advantage of the membrane electrode assembly (MEA) described herein is that the OER catalyst can be varied independently of the choice of anode and cathode catalyst layers to be joined to the polymer electrolyte membrane. Thus, the OER catalyst can be used with an electrolyte membrane with a catalyst layer having various HOR catalyst layers and ORR catalyst layers such as Pt on carbon or Pt on a nanostructured thin film support. OER catalyst loading, processing and performance enhancement aids can be tailored to meet specific customer needs such as specific anode, cathode, loading requirements, and the like. This technique also includes various electrolyte membranes with a catalyst layer (CCM) in which the OER catalyst on the gas supply layer or the gas dispersion layer or in the gas supply layer or the gas dispersion layer is one component and another catalyst layer is added thereto. ) And MEA configuration.

本明細書で説明する膜電極アセンブリは、例えば、燃料電池において有用である。   The membrane electrode assembly described herein is useful, for example, in fuel cells.

本明細書で説明する膜電極アセンブリの例示的な実施形態の概略図である。1 is a schematic diagram of an exemplary embodiment of a membrane electrode assembly described herein. FIG.

本明細書で説明する膜電極アセンブリを有する燃料電池の例示的な実施形態の概略図である。1 is a schematic diagram of an exemplary embodiment of a fuel cell having a membrane electrode assembly as described herein. FIG.

実施例1〜6及び比較例A〜Cについて、標準水素電極ESHEに対するセル出力電圧を時間の関数で示すプロットである。It is a plot which shows the cell output voltage with respect to standard hydrogen electrode ESHE as a function of time about Examples 1-6 and Comparative Examples AC.

図1を参照すると、本明細書で説明する例示的な膜電極アセンブリは、第1のガス供給層100と、任意の第1のガス分散層200と、第1の触媒を含むアノード触媒層300と、膜400と、第2の触媒を含むカソード触媒層500と、任意選択の第2のガス分散層600と、第2のガス供給層700と、を順に備える。   Referring to FIG. 1, an exemplary membrane electrode assembly described herein includes a first gas supply layer 100, an optional first gas dispersion layer 200, and an anode catalyst layer 300 including a first catalyst. A membrane catalyst 400, a cathode catalyst layer 500 containing a second catalyst, an optional second gas dispersion layer 600, and a second gas supply layer 700 in this order.

第1のガス供給層100は、略対向した第1主面101と第2主面102とを有する。アノード触媒層300は、略対向した第1主面301と第2主面302とを有する。第1のガス供給層100の第2主面102は、第1のアノード触媒層300の第2主面302によりもアノード触媒層300の第1主面301により近い。   The first gas supply layer 100 has a first main surface 101 and a second main surface 102 that are substantially opposed to each other. The anode catalyst layer 300 has a first main surface 301 and a second main surface 302 that are substantially opposed to each other. The second main surface 102 of the first gas supply layer 100 is closer to the first main surface 301 of the anode catalyst layer 300 than the second main surface 302 of the first anode catalyst layer 300.

膜400は、略対向した第1主面401と第2主面402とを有する。アノード触媒層300の第2主面302は、膜400の第2主面402によりも膜の第1主面401により近い。カソード触媒層500は、略対向した第1主面501と第2主面502とを有する。膜400の第2主面402は、カソード触媒層500の第2主面502によりもカソード触媒層500の第1主面501により近い。   The film 400 has a first main surface 401 and a second main surface 402 that are substantially opposed to each other. The second major surface 302 of the anode catalyst layer 300 is closer to the first major surface 401 of the membrane than the second major surface 402 of the membrane 400. The cathode catalyst layer 500 has a first main surface 501 and a second main surface 502 that are substantially opposed to each other. The second main surface 402 of the membrane 400 is closer to the first main surface 501 of the cathode catalyst layer 500 than the second main surface 502 of the cathode catalyst layer 500.

第2のガス供給層700は、略対向した第1主面701と第2主面702とを有する。カソード触媒層500の第2主面502は、第2のガス供給層700の第2主面702によりも第2のガス供給層700の第1主面701により近い。   The second gas supply layer 700 has a first main surface 701 and a second main surface 702 that are substantially opposed to each other. The second main surface 502 of the cathode catalyst layer 500 is closer to the first main surface 701 of the second gas supply layer 700 than the second main surface 702 of the second gas supply layer 700.

例示的な膜電極アセンブリ9はまた、
第1のガス供給層100の第1主面101の上に配置された酸素発生反応(OER)触媒を含む層1100、
酸素発生反応触媒を含む第1のガス供給層100、
第1のガス供給層100の第2主面102の上に配置された酸素発生反応触媒を含む層1150、
第1のガス供給層100と第1のガス分散層200との間に配置された酸素発生反応触媒を含む層1200、
第1のガス分散層200の第1主面201の上に配置された酸素発生反応触媒を含む層1250、
酸素発生反応触媒を含む第1のガス分散層200、
第1のガス分散層200の第2主面202の上に配置された酸素発生反応触媒を含む層1300、
第2のガス分散層600の第1主面601の上に配置された酸素発生反応触媒を含む層1400、
酸素発生反応触媒を含む第2のガス分散層600、
第2のガス分散層600の第2主面602の上に配置された酸素発生反応触媒を含む層1500、
第2のガス供給層600と第2のガス分散層700との間に配置された酸素発生反応触媒を含む層1550、
第2のガス供給層700の第1主面701の上に配置された酸素発生反応触媒を含む層1600、
酸素発生反応触媒を含む第2のガス供給層700、
第2のガス供給層700の第2主面702の上に配置された酸素発生反応触媒を含む層1700、のうちの少なくとも1つを有する。図示のように、酸素発生反応触媒は、層1100に存在する。
The exemplary membrane electrode assembly 9 also includes
A layer 1100 comprising an oxygen generation reaction (OER) catalyst disposed on the first major surface 101 of the first gas supply layer 100;
A first gas supply layer 100 containing an oxygen generation reaction catalyst,
A layer 1150 including an oxygen generation reaction catalyst disposed on the second main surface 102 of the first gas supply layer 100;
A layer 1200 including an oxygen generation reaction catalyst disposed between the first gas supply layer 100 and the first gas dispersion layer 200;
A layer 1250 including an oxygen generation reaction catalyst disposed on the first major surface 201 of the first gas dispersion layer 200;
A first gas dispersion layer 200 containing an oxygen generation reaction catalyst,
A layer 1300 including an oxygen generation reaction catalyst disposed on the second major surface 202 of the first gas dispersion layer 200;
A layer 1400 including an oxygen generation reaction catalyst disposed on the first major surface 601 of the second gas dispersion layer 600;
A second gas dispersion layer 600 containing an oxygen generation reaction catalyst,
A layer 1500 including an oxygen generation reaction catalyst disposed on the second major surface 602 of the second gas dispersion layer 600;
A layer 1550 including an oxygen generation reaction catalyst disposed between the second gas supply layer 600 and the second gas dispersion layer 700;
A layer 1600 including an oxygen generation reaction catalyst disposed on the first main surface 701 of the second gas supply layer 700;
A second gas supply layer 700 containing an oxygen generation reaction catalyst,
At least one of layers 1700 including an oxygen generation reaction catalyst disposed on the second main surface 702 of the second gas supply layer 700 is provided. As shown, the oxygen evolution reaction catalyst is present in the layer 1100.

膜電極アセンブリ(MEA)を燃料電池などの電気化学デバイスで使用する場合、酸素発生反応触媒105は、好ましくは、外部回路と電気的に接触するようになっている。これが可能であるのは、多くのポリマー電解質膜(PEM)燃料電池構成において、第1のガス供給層100と第2のガス供給層700とが導電性を有するためである。   When a membrane electrode assembly (MEA) is used in an electrochemical device such as a fuel cell, the oxygen generating reaction catalyst 105 is preferably in electrical contact with an external circuit. This is possible because in many polymer electrolyte membrane (PEM) fuel cell configurations, the first gas supply layer 100 and the second gas supply layer 700 are conductive.

理論に縛られるものではないが、OER触媒をうまく組み込むためには、OER触媒がPt水素酸化反応(HOR)を妨害したり、影響を与えたりするのを防ぐ又はその逆を防ぐことが望ましいと考えられる。   Without being bound by theory, in order to successfully incorporate an OER catalyst, it is desirable to prevent the OER catalyst from interfering with or affecting the Pt hydrogen oxidation reaction (HOR) or vice versa. Conceivable.

本明細書で説明する膜電極アセンブリ及び本明細書で説明する膜電極アセンブリを組み込むデバイスは、概して、当技術分野において周知の技法を用いて製造されるが、本明細書で説明する構成要件又は任意選択によって修正される。   Membrane electrode assemblies described herein and devices incorporating the membrane electrode assemblies described herein are generally manufactured using techniques well known in the art, but may include components described herein or Modified by option.

ガス供給層は、概して、気体を電極へ均等に輸送し、いくつかの実施形態では、電気を通す。ガス供給層はまた、水を蒸気又は液体のいずれかの形態で除去する。例示的なガス供給層は、ガス拡散層であり、マクロ多孔性ガス拡散裏材(GDB)と呼ばれることもある。ガス供給層の原材料としては、不織布紙又は織布の形態の、ランダムに配向して多孔性層を形成したカーボンファイバが挙げられる。不織布カーボンペーパーは、例えば、「グラフィルU−105」という商品名で三菱レイヨン株式会社(東京)から、「TORAY」という商品名で東レ株式会社(東京)から、「AVCARB」という商品名でAvCarb Material Solutions(米国マサチューセッツ州ローウェル)から、「SIGRACET」という商品名でSGL Group,the Carbon Company(独国ヴィースバーデン)から、「Freudenberg」という商品名でFreudenberg FCCT SE&Co.KG,Fuel Cell Component Technologies(独国ヴァインハイム)から、「Spectracarb GDL」という商品名でEngineered Fibers Technology(EFT)(米国コネチカット州シェルトン)から市販されている。カーボン織布は、例えば、「EC−CC1−060」及び「EC−AC−CLOTH」という商品名でElectroChem.,Inc.(米国マサチューセッツ州ウーバン)から、「ELAT−LT」及び「ELAT」という商品名でNuVant Systems Inc.(米国インディアナ州クラウンポイント)から、「E−TEK ELAT LT」という商品名でBASF Fuel Cell GmbH(北米)から、「ZOLTEK CARBON CLOTH」という商品名でZoltek Corp.(米国ミズーリ州セントルイス)から市販されている。   The gas supply layer generally transports gas evenly to the electrodes and in some embodiments conducts electricity. The gas supply layer also removes water in either vapor or liquid form. An exemplary gas supply layer is a gas diffusion layer, sometimes referred to as a macroporous gas diffusion backing (GDB). Examples of the raw material of the gas supply layer include carbon fibers in the form of nonwoven paper or woven fabric, which are randomly oriented to form a porous layer. Non-woven carbon paper is, for example, from Mitsubishi Rayon Co., Ltd. (Tokyo) under the trade name “Graphyl U-105”, from Toray Industries, Inc. (Tokyo) under the trade name “TORAY”, and from AvCarb Material under the trade name “AVCARB”. Solutions (Lowell, Massachusetts, USA) from SGL Group, the Carbon Company (Germany, Wiesbaden) under the trade name “SIGRACET”, and Freudenberg FCCT SE & Co. Under the trade name “Freudenberg”. KG, Fuel Cell Component Technologies (Weinheim, Germany) is commercially available from Engineered Fibers Technology (EFT) (Shelton, Connecticut, USA) under the trade name "Spectracarb GDL". Carbon woven fabrics, for example, under the trade names of “EC-CC1-060” and “EC-AC-CLOTH”, ElectroChem. , Inc. (Uban, Massachusetts, USA) under the trade names “ELAT-LT” and “ELAT” under the name of NuVant Systems Inc. (Crown Point, Indiana, USA) from BASF Fuel Cell GmbH (North America) under the trade name “E-TEK ELAT LT”, and under the trade name “ZOLTEK CARBON CLOTH” from Zoltek Corp. (St. Louis, Missouri, USA).

ガス分散層は、更に、気体を概ねより均等に電極へ供給し、ガス供給層に存在し得る粗さのために触媒層及び膜が機械的欠陥を生じないように概して保護し、また、いくつかの実施形態では、電気を通し、隣接する触媒層との電気的接触抵抗を減らす。ガス分散層はまた、触媒層から拡散層へと、液体の水のウィッキング効果をもたらし得る。例示的なガス分散層は、微多孔層である。微多孔層は、例えば、カーボンペーパー又はカーボン布などのガス供給層に、撥水する疎水性結合剤(例えば、フルオロポリマー又はフッ素化エチレンプロピレン樹脂FEP)及びカーボンブラックなどの助剤を含浸及び/又は被覆することによって形成できる。カーボンペーパー又はカーボン布は、典型的には、まず、溶媒(例えば、水又はアルコール)に撥水疎水性物質を分散させた溶液/乳濁液に浸漬した後、乾燥及び熱処理し、次いで、カーボンスラリーで基材を被覆した後、乾燥及び熱処理する。例示的なフルオロポリマー、例えば、PTFE(ポリテトラフルオロエチレン)は、例えば、「TECAFLON PTFE NATURAL」という商品名でEnsinger GmbH(独国ヌフリンゲン)から、「3M DYNEON PTFE TF」という商品名で3M Dyneon(米国ミネソタ州セントポール)から、「BAM PTFE」という商品名でBaillie Advanced Materials LLC(英国エディンバラ)から、「DUPONT PTFE」及び「DUPONT TEFLON ETFE」という商品名でE.I.du Pont de Nemours(米国デラウェア州ウィルミントン)から市販され、(エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体)は、「TECAFLON ETFE NATURAL」という商品名でEnsinger GmbHから、「3M DYNEON」という商品名で3M Dyneonから市販され、ETFE(熱可塑性フッ素樹脂)は、例えば、「BAM ETFE」という商品名でBaillie Advanced Materials LLCから、「DUPONT ETFE」という商品名でE.I.du Pont de Nemoursから市販され、PVDF(ポリフッ化ビニリデン)は、例えば、「TECAFLON PVDF」という商品名でEnsinger GmbHから、「3M DYNEON FLUOROPLASTIC PVDF」という商品名で3M Dyneonから、「BAM PVDF」という商品名でBaillie Advanced Materials LLCから市販されている。例示的な原材料のフッ素化エチレンプロピレン樹脂FEPは、「DuPont Teflon FEP」という商品名でE.I.du Pont de Nemoursから、また「NEOFLON Dispersion」(FEP系/PFA系)という商品名でDaikin North America LLCから市販されている。カーボンブラック粉体の例示的な原材料としては、Alfa Aesar(米国マサチューセッツ州ワードヒル)を含む製造業者から市販されているアセチレンブラック又は「VULCAN XC−72」という商品名でCabot Corporation(米国マサチューセッツ州ボストン)から市販されているオイルファーネスカーボンブラックが挙げられる。   The gas dispersion layer further supplies gas to the electrode in a generally more uniform manner and generally protects the catalyst layer and membrane from mechanical defects due to the roughness that may be present in the gas supply layer. In such an embodiment, electricity is passed and the electrical contact resistance with the adjacent catalyst layer is reduced. The gas dispersion layer can also provide a wicking effect of liquid water from the catalyst layer to the diffusion layer. An exemplary gas dispersion layer is a microporous layer. The microporous layer is impregnated with a water-repellent hydrophobic binder (for example, fluoropolymer or fluorinated ethylene propylene resin FEP) and an auxiliary agent such as carbon black in a gas supply layer such as carbon paper or carbon cloth. Alternatively, it can be formed by coating. Carbon paper or carbon cloth is typically first dipped in a solution / emulsion in which a water repellent hydrophobic material is dispersed in a solvent (eg, water or alcohol), then dried and heat treated, and then carbon. After the substrate is coated with the slurry, it is dried and heat-treated. Exemplary fluoropolymers such as PTFE (polytetrafluoroethylene) are available from Ensinger GmbH (Nuflingen, Germany) under the trade name “TECAFLON PTFE NATURAL”, for example, under the trade name “3M DYNEON PTFE TF” (3M Dyneon ( From St. Paul, Minnesota, USA, under the trade name “BAM PTFE”, from Bailey Advanced Materials LLC (Edinburgh, UK), under the trade names “DUPONT PTFE” and “DUPONT TEFLON ETFE”. I. commercially available from du Pont de Nemours (Wilmington, Delaware, USA). (Ethylene-tetrafluoroethylene copolymer) is commercially available from Ensinger GmbH under the trade name “TECAFLON ETFE NATURAL” and 3M Dyneon under the trade name “3M DYNEON”. ETFE (thermoplastic fluororesin) is commercially available from Bailey Advanced Materials LLC under the trade name “BAM ETFE” and E.P.E. under the trade name “DUPONT ETFE”. I. For example, PVDF (polyvinylidene fluoride) is commercially available from du Pont de Nemours under the trade name “TECAFLON PVDF” from Ensinger GmbH, and from 3M DYNEON FLUOROPLASTIC PVDF under the trade name “BAMPVDF”. It is commercially available from Bailey Advanced Materials LLC under the name. An exemplary raw material fluorinated ethylene propylene resin FEP is E.I. under the trade name "DuPont Teflon FEP". I. It is commercially available from Du Pont de Nemours and from Daikin North America LLC under the trade name “NEOFLON Dispersion” (FEP / PFA). Exemplary raw materials for the carbon black powder include acetylene black commercially available from manufacturers including Alfa Aesar (Ward Hill, Mass., USA) or Cabot Corporation (Boston, Mass., USA) under the trade name “VULCAN XC-72”. Oil furnace carbon black commercially available.

例示的な膜として、ポリマー電解質膜が挙げられる。例示的なポリマー電解質膜としては、共通の主鎖に結合したアニオン性官能基を含む膜が挙げられ、このアニオン性官能基は、典型的には、スルホン酸基であるが、カルボン酸基、イミド基、アミド基又は他の酸性官能基を含んでものよい。本明細書で説明する膜電極アセンブリを製造する際に使用されるポリマー電解質は、典型的には、高度にフッ素化され、より典型的には、過フッ素化される。本明細書で説明する膜電極アセンブリを製造する際に使用されるポリマー電解質は、典型的には、テトラフルオロエチレンのコポリマー及び少なくともフッ素化された酸官能性コモノマーである。例示的なポリマー電解質としては、「ナフィオン」という商品名でE.I.du Pont de Nemours(米国デラウェア州ウィルミントン)から市販されている電解質と、「フレミオン」という商品名で旭硝子株式会社から市販されている電解質とが挙げられる。ポリマー電解質は、テトラフルオロエチレン(TFE)のコポリマー及び例えば、米国特許第6624328号(Guerra)及び同第7348088号(Freemeyerら)(これらの開示内容は参照によって本明細書に組み込まれる)に記載のFSOCFCFCFCF−O−CF=CFであってよい。ポリマーの当量(EW)は、典型的には、1200未満、1100未満、1000未満、900未満又は800未満である。 Exemplary membranes include polymer electrolyte membranes. Exemplary polymer electrolyte membranes include membranes that include anionic functional groups bonded to a common backbone, which are typically sulfonic acid groups, but carboxylic acid groups, It may contain imide groups, amide groups or other acidic functional groups. The polymer electrolytes used in making the membrane electrode assemblies described herein are typically highly fluorinated and more typically perfluorinated. The polymer electrolyte used in making the membrane electrode assembly described herein is typically a copolymer of tetrafluoroethylene and at least a fluorinated acid functional comonomer. Exemplary polymer electrolytes include E.I. under the trade name “Nafion”. I. Examples thereof include an electrolyte commercially available from du Pont de Nemours (Wilmington, Delaware, USA) and an electrolyte commercially available from Asahi Glass Co., Ltd. under the trade name “Flemion”. Polymer electrolytes are described in copolymers of tetrafluoroethylene (TFE) and, for example, US Pat. Nos. 6,624,328 (Guerra) and 7348088 (Freemeyer et al.), The disclosures of which are incorporated herein by reference. it may be FSO 2 CF 2 CF 2 CF 2 CF 2 -O-CF = CF 2. The equivalent weight (EW) of the polymer is typically less than 1200, less than 1100, less than 1000, less than 900 or less than 800.

酸素発生反応電解触媒は、電気化学的酸素発生反応に関与する。触媒材料は、反応過程で消費されることなしに、化学反応速度を変え、速める。電解触媒は、電極表面で作用する特定の形態の触媒であり、電極表面そのものである場合もある。電解触媒は、イリジウム表面、被覆又はナノ粒子のように不均一である場合もあるし、溶解した配位錯体のように均一である場合もある。電解触媒は、電極と反応物との間における電子の移動を助ける、及び/又は、半反応式全体で表される中間の化学的変化を促進する。   The oxygen generating reaction electrocatalyst is involved in the electrochemical oxygen generating reaction. The catalyst material changes and accelerates the chemical reaction rate without being consumed in the reaction process. An electrocatalyst is a specific form of catalyst that acts on the electrode surface, and may be the electrode surface itself. Electrocatalysts can be heterogeneous, such as iridium surfaces, coatings or nanoparticles, or can be uniform, such as dissolved coordination complexes. The electrocatalyst assists the transfer of electrons between the electrode and the reactants and / or promotes intermediate chemical changes represented by the entire semi-reaction equation.

概して、酸素発生反応触媒は、当技術分野において周知の技法で堆積させ得る。例示的な堆積法としては、スパッタリング(反応性スパッタリングを含む)、原子層堆積法、有機分子化学蒸着法、分子線エピタキシー、熱物理蒸着法、エレクトロスプレーイオン化による真空蒸着及びパルスレーザ堆積法からなる群から独立して選択される技法が挙げられる。更なる一般的な詳細は、例えば、米国特許第5879827号(Debeら)、同第6040077号(Debeら)及び同第7419741号(Vernstromら)(これらの開示内容は参照によって本明細書に組み込まれる)にみることができる。熱物理蒸着法では、(例えば、抵抗加熱、電子ビーム銃又はレーザにより)適切な高温を用いて、ターゲット(原料物質)を蒸気状態に融解又は昇華し、その後、その蒸気を真空空間に通すと、蒸気形態が基材表面で凝縮する。熱物理蒸着装置は、当技術分野で周知であり、例えば、金属蒸発器又は有機分子蒸発器として、それぞれ、「METAL EVAPORATOR」(ME−Series)又は「Organic Molecular Evaporator(DE−Series)」という商品名でCreaPhys GmbH(独国ドレスデン)から市販されている装置を含み、有機材料蒸発器の別の例は、「ORGANIC MATERIALS EVAPORATIOR(ORMA−Series)」という商品名でMantis Deposition LTD(英国オックスフォードシャー)から市販されている。複数の交互層を含む触媒は、例えば、複数のターゲットからスパッタリングする(例えば、Irを第1のターゲットからスパッタリングし、Pdを第2のターゲットからスパッタリングし、Ruを(もしあれば)第3のターゲットからスパッタリングするなど)こともできるし、2つ以上の元素を含むターゲット(複数可)からスパッタリングすることもできる。触媒の被覆を単一のターゲットで行う場合、被覆層を単一のステップでGDL上に付着させて、触媒被覆の凝縮熱が、Au、Co、Fe、Ir、Mn、Ni、Os、Pd、Pt、Rh又はRuなどの原子を(該当する場合は)加熱し、かつ基材表面を十分に加熱して、原子が良好に混合し、かつ熱力学的に安定な合金領域を形成するのに十分な表面移動度を提供するようにすることが望ましい場合もある。あるいは、例えば、基材を、熱した状態で供したり、加熱したりして、この原子移動度を高めることもできる。いくつかの実施形態では、スパッタリングは、アルゴンと酸素との混合物を少なくとも含む雰囲気中で少なくとも部分的に行われ、スパッタリングチャンバへの酸素流量に対するアルゴン流量の比率は、少なくとも113sccm/7sccm(標準立方センチメートル毎分)である。有機金属形態の触媒は、例えば、質量選別イオンのソフトランディング又は反応性ランディングによって堆積できる。質量選別イオンのソフトランディングは、有機配位子を備えた触媒活性金属錯体を気相から不活性表面上に移動させるために用いられる。この方法を用いて明確な活性部位を有する物質を調製し、それによって、周囲条件下又は従来の真空条件下で、高度に制御された方法で、表面の分子設計を行うことができる。更なる詳細については、例えば、Johnsonら、Anal.Chem 2010年、82,5718〜5727及びJohnsonら、Chemistry:A European Journal 2010年、16,14433〜14438を参照されたく、これらの開示内容は参照によって本明細書に組み込まれる。   In general, the oxygen evolution reaction catalyst may be deposited by techniques well known in the art. Exemplary deposition methods include sputtering (including reactive sputtering), atomic layer deposition, organic molecular chemical vapor deposition, molecular beam epitaxy, thermal physical vapor deposition, vacuum deposition by electrospray ionization, and pulsed laser deposition. Examples include techniques that are selected independently from the group. For further general details, see, for example, US Pat. Nos. 5,889,827 (Debe et al.), 6040077 (Debe et al.), And 7,417,741 (Vernstrom et al.), The disclosures of which are incorporated herein by reference. Can be seen). In thermal physical vapor deposition, the target (raw material) is melted or sublimated into a vapor state using an appropriate high temperature (eg, by resistance heating, an electron beam gun or laser), and then the vapor is passed through a vacuum space. The vapor form condenses on the substrate surface. Thermal physical vapor deposition devices are well known in the art, for example, as a metal evaporator or organic molecular evaporator, the product "METAL EVAPOTOROR" (ME-Series) or "Organic Molecular Evaporator (DE-Series)", respectively. Another example of an organic material evaporator includes equipment commercially available from ClearPhys GmbH (Dresden, Germany) under the name "ORGANIC MATERIALS EVAPORATIONOR (ORMA-Series)" Mantis Deposition LTD (Oxfordshire, UK) Commercially available. The catalyst comprising a plurality of alternating layers may be sputtered from a plurality of targets (eg, Ir is sputtered from a first target, Pd is sputtered from a second target, and Ru (if any) is third. Sputtering from a target, etc.), and sputtering from a target (s) containing two or more elements. When the catalyst coating is performed with a single target, the coating layer is deposited on the GDL in a single step so that the condensation heat of the catalyst coating is Au, Co, Fe, Ir, Mn, Ni, Os, Pd, To heat atoms such as Pt, Rh or Ru (if applicable) and to sufficiently heat the substrate surface to form a well-mixed and thermodynamically stable alloy region It may be desirable to provide sufficient surface mobility. Alternatively, for example, the atomic mobility can be increased by providing the substrate with heating or heating the substrate. In some embodiments, the sputtering is at least partially performed in an atmosphere comprising at least a mixture of argon and oxygen, and the ratio of the argon flow to the oxygen flow into the sputtering chamber is at least 113 sccm / 7 sccm (per standard cubic centimeter). Min). Organometallic catalysts can be deposited, for example, by soft landing or reactive landing of mass-selected ions. Soft landing of mass-selected ions is used to move catalytically active metal complexes with organic ligands from the gas phase onto an inert surface. This method can be used to prepare substances with well-defined active sites, thereby allowing surface molecular design to be performed in a highly controlled manner under ambient or conventional vacuum conditions. For further details see, for example, Johnson et al., Anal. See Chem 2010, 82, 5718-5727 and Johnson et al., Chemistry: A European Journal 2010, 16, 14433-14438, the disclosures of which are incorporated herein by reference.

アノード触媒層に含有される例示的な触媒は、
(a)元素Au、Co、Fe、Ir、Mn、Ni、Os、Pd、Pt、Rh若しくはRuのうちの少なくとも1つ、
(b)Au、Co、Fe、Ir、Mn、Ni、Os、Pd、Pt、Rh若しくはRuのうちの少なくとも1つを含む、少なくとも1つの合金、
(c)Au、Co、Fe、Ir、Mn、Ni、Os、Pd、Pt、Rh若しくはRuのうちの少なくとも1つを含む、少なくとも1つの複合物、
(d)Au、Co、Fe、Ir、Mn、Ni、Os、Pd、Pt、Rh若しくはRuのうちの少なくとも1つの、少なくとも1つの酸化物、水和酸化物若しくは水酸化物、
(e)Au、Co、Fe、Ir、Mn、Ni、Os、Pd、Pt、Rh若しくはRuのうちの少なくとも1つの、少なくとも1つの有機金属錯体、
(f)Au、Co、Fe、Ir、Mn、Ni、Os、Pd、Pt、Rh若しくはRuのうちの少なくとも1つの、少なくとも1つの炭化物、
(g)Au、Co、Fe、Ir、Mn、Ni、Os、Pd、Pt、Rh若しくはRuのうちの少なくとも1つの、少なくとも1つのフッ化物、
(h)Au、Co、Fe、Ir、Mn、Ni、Os、Pd、Pt、Rh若しくはRuのうちの少なくとも1つの、少なくとも1つの窒化物、
(i)Au、Co、Fe、Ir、Mn、Ni、Os、Pd、Pt、Rh若しくはRuのうちの少なくとも1つの、少なくとも1つのホウ化物、
(j)Au、Co、Fe、Ir、Mn、Ni、Os、Pd、Pt、Rh若しくはRuのうちの少なくとも1つの、少なくとも1つの酸炭化物、
(k)Au、Co、Fe、Ir、Mn、Ni、Os、Pd、Pt、Rh若しくはRuのうちの少なくとも1つの、少なくとも1つの酸フッ化物、
(l)Au、Co、Fe、Ir、Mn、Ni、Os、Pd、Pt、Rh若しくはRuのうちの少なくとも1つの、少なくとも1つの酸窒化物、又は
(m)Au、Co、Fe、Ir、Mn、Ni、Os、Pd、Pt、Rh若しくはRuのうちの少なくとも1つの、少なくとも1つの酸ホウ化物、のうちの少なくとも1つを含む
(ここで、酸化物、有機金属錯体、ホウ化物、炭化物、フッ化物、窒化物、酸ホウ化物、酸炭化物、酸フッ化物及び酸窒化物は、Au、Co、Fe、Ir、Mn、Ni、Os、Pd、Pt、Rh又はRuと共に存在するものであることを理解されたい)。
Exemplary catalysts contained in the anode catalyst layer are:
(A) at least one of the elements Au, Co, Fe, Ir, Mn, Ni, Os, Pd, Pt, Rh or Ru,
(B) at least one alloy comprising at least one of Au, Co, Fe, Ir, Mn, Ni, Os, Pd, Pt, Rh or Ru;
(C) at least one composite comprising at least one of Au, Co, Fe, Ir, Mn, Ni, Os, Pd, Pt, Rh or Ru;
(D) at least one oxide, hydrated oxide or hydroxide of at least one of Au, Co, Fe, Ir, Mn, Ni, Os, Pd, Pt, Rh or Ru,
(E) at least one organometallic complex of at least one of Au, Co, Fe, Ir, Mn, Ni, Os, Pd, Pt, Rh or Ru;
(F) at least one carbide of at least one of Au, Co, Fe, Ir, Mn, Ni, Os, Pd, Pt, Rh or Ru,
(G) at least one fluoride of at least one of Au, Co, Fe, Ir, Mn, Ni, Os, Pd, Pt, Rh or Ru;
(H) at least one nitride of at least one of Au, Co, Fe, Ir, Mn, Ni, Os, Pd, Pt, Rh or Ru;
(I) at least one boride of at least one of Au, Co, Fe, Ir, Mn, Ni, Os, Pd, Pt, Rh or Ru;
(J) at least one acid carbide of at least one of Au, Co, Fe, Ir, Mn, Ni, Os, Pd, Pt, Rh or Ru,
(K) at least one oxyfluoride of at least one of Au, Co, Fe, Ir, Mn, Ni, Os, Pd, Pt, Rh or Ru,
(L) At least one oxynitride of at least one of Au, Co, Fe, Ir, Mn, Ni, Os, Pd, Pt, Rh, or Ru, or (m) Au, Co, Fe, Ir, Including at least one of at least one acid boride of at least one of Mn, Ni, Os, Pd, Pt, Rh or Ru (wherein oxide, organometallic complex, boride, carbide) , Fluoride, nitride, oxyboride, oxycarbide, oxyfluoride and oxynitride are present together with Au, Co, Fe, Ir, Mn, Ni, Os, Pd, Pt, Rh or Ru. I want you to understand)

例示的な酸化物としては、CoO、Co、Co、CoFe、FeO、Fe、Fe、Fe、NiO、Ni、NiFe、NiCo、MnO、Mn、Mn、Irが挙げられ、Irの価数が、例えば2〜8であり得る。具体的な例示的なIr酸化物としては、Ir、IrO、IrO及びIrOに加えて、混合のIrRu、IrPt、IrRh、IrRuPtzz、IrRhPtzz、IrPdPtzz、IrPd、IrRuPdzz、IrRhPdzz又はイリジウム酸Ir−Ruパイロクロア型酸化物(例えば、NaCeIrRuzz)が挙げられる。Ru酸化物は、価数が、例えば2〜8であり得るRux1y1が挙げられる。具体的な例示的なRu酸化物としては、Ru、RuO及びRuO又はルテニウム酸Ru−Irパイロクロア型酸化物(例えば、NaCeRuIrzz)が挙げられる。例示的なPd酸化物としては、Pdの価数が、例えば1、2及び4であり得るPd形態が挙げられる。具体的な例示的なPd酸化物としては、PdO、PdOが挙げられる。他の酸化物としては、Os、Rh又はAu酸化物OsO、OsO、RhO、RhO、Rh、Rh並びにAu、AuO及びAuが挙げられる。例示的な有機金属錯体としては、Au、Co、Fe、Ni、Ir、Pd、Rh、Os又はRuのうちの少なくとも1つが挙げられ、Au、Co、Fe、Ni、Ir、Pd、Pt、Rh又はRuは、ヘテロ原子(複数可)又は非炭素原子(複数可)(例えば、酸素、窒素、カルコゲン(例えば、硫黄及びセレン)、リン又はハロゲン化物)を通して有機配位子と配位結合を形成する。有機配位子を有する例示的なAu、Co、Fe、Ir、Ni、Pd、Pt、Rh、Os又はRu錯体はまた、π結合を介して形成され得る。酸素ヘテロ原子を有する有機配位子としては、ヒドロキシル、エーテル、カルボニル、エステル、カルボキシル、アルデヒド、無水物、環状無水物及びエポキシなどの官能基が挙げられる。窒素ヘテロ原子を有する有機配位子としては、アミン、アミド、イミド、イミン、アジド、アジン、ピロール、ピリジン、ポルフィリン、イソシアネート、カルバメート、カルバミド、スルファメート、スルファミド、アミノ酸及びN−複素環式カーバインなどの官能基が挙げられる。硫黄ヘテロ原子を有する有機配位子、いわゆるチオ配位子としては、チオール、チオケトン(チオン又はチオカルボニル)、チアール、チオフェン、ジスルフィド、ポリスルフィド、スルフィミド、スルホキシミド及びスルホンジイミンなどの官能基が挙げられる。リンヘテロ原子を有する有機配位子としては、ホスフィン、ホスファン、ホスファニド及びホスフィニデンなどの官能基が挙げられる。また、例示的な有機金属錯体としては、Au、Co、Fe、Ir、Ni、Pd、Pt、Rh、Os又はRuが、ホモ官能性有機配位子又はヘテロ官能性有機配位子のいずれかとの配位結合に関与するホモ及びヘテロ二金属錯体が挙げられる。π配位結合を介して形成されるAu、Co、Fe、Ir、Ni、Pd、Pt、Rh、Os又はRu有機金属錯体としては、炭素リッチなπ−共役有機配位子(例えば、アレン、アリル、ジエン、カルベン及びアルキニル)が挙げられる。また、Au、Co、Fe、Ir、Ni、Pd、Pt、Rh、Os又はRu有機金属錯体の例は、キレート、ピンセット分子、ケージ、分子箱、可動性分子、大環状分子、プリズム、ハーフサンドイッチ及び金属−有機骨格(MOF)としても知られている。Au、Co、Fe、Ir、Ni、Pd、Pt、Rh、Os又はRuのうちの少なくとも1つを含む例示的な有機金属化合物としては、共有結合、イオン結合又は共有結合−イオン結合混合の金属−炭素結合を介してAu、Co、Fe、Ir、Ni、Pd、Pt、Rh、Os又はRuが有機物に結合している化合物が挙げられる。また、例示的な有機金属化合物は、Au、Co、Fe、Ir、Ni、Pd、Pt、Rh、Os又はRuの炭素原子に対する共有結合及びヘテロ原子(例えば、酸素、窒素、カルコゲン(例えば、硫黄及びセレン)、リン又はハロゲン化物)を介した有機配位子に対する配位結合のうちの少なくとも2つの組み合わせを含んでよい。安定な有機金属錯体の化学式は、典型的には、18電子則から予測できる。18電子則は、遷移金属の原子価殻が、結合電子対又は非結合電子対のいずれかとして合計18の電子を収容できる9の原子価軌道からなる、という事実に基づく。これら9の原子軌道と、配位子軌道との組み合わせにより、金属−配位子結合又は非結合のいずれかである9の分子軌道が生じる。18電子則は、一般的に、非遷移金属の錯体には適用できない。18電子則は、有用にも、Cr、Mn、Fe及びCoの三価元素の低スピン錯体の化学式を予測する。周知の例として、フェロセン、鉄ペンタカルボニル、クロムカルボニル及びニッケルカルボニルが挙げられる。錯体における配位子によって、18電子則が適用可能か決まる。一般的に、18電子則に従う錯体は、「π−アクセプター配位子」(π酸としても知られる)から少なくとも部分的に構成される。この種の配位子は、非常に強い配位子場を作り、その結果、得られた分子軌道のエネルギーを低下させ、そして有利なことに、起動を占有する。典型的な配位子としては、オレフィン、ホスフィン及びCOが挙げられる。π酸の錯体は、典型的には、低酸化状態の金属を特徴とする。酸化状態と配位子の性質との関係は、π供与の枠組みで説明される。例示的な炭化物としては、Au、NiC、NiC、NiC、FeC、FeC、Fe、CoC、CoC、CoC、IrC、IrC、IrC、Ir、Ir、RuC、RuC、RhC、PtC、OsC、OsC、OsC、(MnFe)C及びMnCが挙げられる。例示的なフッ化物としては、AuF、AuF、AuF、FeF、FeF、CoFe、CoF、NiF、IrF、IrF、Ir、PdF、PdF、RhF、RhF、RhFRuF及びOsFが挙げられる。例示的な窒化物としては、AuN、AuN、Au、NiN、NiN、CoN、CoN、Co、CoN、FeN、Fe(ここでx=0.75〜1.4)、FeN、FeN、Fe16、IrN、IrN,IrN、RhN、RhN、RhN、RuN、RuN、RuN、PdN、PdN、OsN、OsN、OsN、MnN、MnN及びMnNが挙げられる。例示的なホウ化物としては、Au、MnAuB、NiB、NiB、Ni、CoB、CoB、CoB、FeB、FeB、Ru、RuB、IrB、Ir、OsB、Os、OsB、RhB、ZrRhB、NbRhB及びYRhBが挙げられる。例示的な酸炭化物としては、Au、Ni、Fe、Co、Ir、Ru、Rh、Pt、Pd及びOsが挙げられる。例示的な酸フッ化物としては、Au、Ni、Fe、Co、Ir、Ru、Rh、Pt、Pd及びOsが挙げられる。例示的な酸窒化物としては、Au、Ni、Fe、Co、Ir、Ru、Rh、Pt、Pd及びOsが挙げられる。例示的な酸ホウ化物としては、Au、Ni、Fe、Co、Ir、Ru、Rh、Pt、Pd及びOsが挙げられる。これらの酸化物、有機金属錯体、炭化物、フッ化物、窒化物、酸炭化物、酸フッ化物、酸窒化物、酸ホウ化物、ホウ素含有窒化物及び/又はホウ素含有炭化物を含む複合物を含むことは、本開示の範囲内であ
る。
Exemplary oxides include CoO, Co 2 O 3 , Co 3 O 4 , CoFe 2 O 4 , FeO, Fe 2 O 3 , Fe 3 O 4 , Fe 4 O 5 , NiO, Ni 2 O 3 , Ni x Fe y O z , Ni x Co y O z , MnO, Mn 2 O 3 , Mn 3 O 4 , Ir x O y can be mentioned, and the valence of Ir can be 2 to 8, for example. Specific exemplary Ir oxides include Ir 2 O 3 , IrO 2 , IrO 3 and IrO 4 as well as mixed Ir x Ru y O z , Ir x Pt y O z , Ir x Rh y O z, Ir x Ru y Pt z O zz, Ir x Rh y Pt z O zz, Ir x Pd y Pt z O zz, Ir x Pd y O z, Ir x Ru y Pd z O zz, Ir x Rh y Pd z O zz or iridium acid Ir-Ru pyrochlore type oxide (e.g., Na x Ce y Ir z Ru zz O 7) can be mentioned. Examples of the Ru oxide include Ru x1 O y1 whose valence may be 2 to 8, for example. Specific exemplary Ru oxide, Ru 2 O 3, RuO 2 and RuO 3 or ruthenate Ru-Ir pyrochlore type oxide (e.g., Na x Ce y Ru z Ir zz O 7) can be mentioned. Exemplary Pd oxides include Pd x O y forms where the valence of Pd can be, for example, 1, 2, and 4. Specific exemplary Pd oxides include PdO and PdO 2 . Other oxides, include Os, Rh or Au oxide OsO 2, OsO 4, RhO, RhO 2, Rh 2 O 3, Rh x O y and Au 2 O 3, Au 2 O and Au x O y is It is done. Exemplary organometallic complexes include at least one of Au, Co, Fe, Ni, Ir, Pd, Rh, Os, or Ru, and include Au, Co, Fe, Ni, Ir, Pd, Pt, Rh. Or Ru forms a coordinate bond with the organic ligand through the heteroatom (s) or non-carbon atom (s) (eg, oxygen, nitrogen, chalcogen (eg, sulfur and selenium), phosphorus or halide) To do. Exemplary Au, Co, Fe, Ir, Ni, Pd, Pt, Rh, Os or Ru complexes with organic ligands can also be formed through π bonds. Examples of the organic ligand having an oxygen heteroatom include functional groups such as hydroxyl, ether, carbonyl, ester, carboxyl, aldehyde, anhydride, cyclic anhydride, and epoxy. Examples of organic ligands having nitrogen heteroatoms include amines, amides, imides, imines, azides, azines, pyrroles, pyridines, porphyrins, isocyanates, carbamates, carbamides, sulfamates, sulfamides, amino acids and N-heterocyclic carbaine. A functional group is mentioned. Examples of organic ligands having sulfur heteroatoms, so-called thioligands, include thiol, thioketone (thione or thiocarbonyl), thiary, thiophene, disulfide, polysulfide, sulfimide, sulfoximide, and sulfonedimine. . Examples of the organic ligand having a phosphorus heteroatom include functional groups such as phosphine, phosphane, phosphanide, and phosphinidene. Exemplary organometallic complexes include Au, Co, Fe, Ir, Ni, Pd, Pt, Rh, Os, or Ru, either a homofunctional organic ligand or a heterofunctional organic ligand. And homo- and heterobimetallic complexes involved in the coordination bond. Au, Co, Fe, Ir, Ni, Pd, Pt, Rh, Os, or Ru organometallic complexes formed through π coordination bonds include carbon-rich π-conjugated organic ligands (eg, allene, Allyl, diene, carbene and alkynyl). Examples of Au, Co, Fe, Ir, Ni, Pd, Pt, Rh, Os or Ru organometallic complexes are chelates, tweezer molecules, cages, molecular boxes, mobile molecules, macrocycles, prisms, half sandwiches And also known as the metal-organic framework (MOF). Exemplary organometallic compounds comprising at least one of Au, Co, Fe, Ir, Ni, Pd, Pt, Rh, Os or Ru include covalent bonds, ionic bonds or covalent-ionic bond mixed metals -A compound in which Au, Co, Fe, Ir, Ni, Pd, Pt, Rh, Os or Ru is bonded to an organic substance through a carbon bond. Exemplary organometallic compounds also include covalent bonds to heteroatoms (eg, oxygen, nitrogen, chalcogens (eg, sulfur) such as Au, Co, Fe, Ir, Ni, Pd, Pt, Rh, Os, or Ru. And a combination of at least two of the coordination bonds to the organic ligand via selenium, phosphorus or halide). The chemical formula of a stable organometallic complex is typically predictable from the 18 electron rule. The 18-electron rule is based on the fact that the transition metal valence shell consists of 9 valence orbitals that can accommodate a total of 18 electrons, either as bonded or unbonded electron pairs. The combination of these nine atomic orbitals and the ligand orbitals yields nine molecular orbitals that are either metal-ligand bonded or non-bonded. The 18-electron rule is generally not applicable to non-transition metal complexes. The 18-electron rule usefully predicts the chemical formula of low-spin complexes of Cr, Mn, Fe and Co trivalent elements. Well known examples include ferrocene, iron pentacarbonyl, chromium carbonyl and nickel carbonyl. The ligand in the complex determines whether the 18 electron rule is applicable. In general, complexes that follow the 18-electron rule are at least partially composed of “π-acceptor ligands” (also known as π acids). This type of ligand creates a very strong ligand field, thus reducing the energy of the resulting molecular orbitals and advantageously occupying the activation. Typical ligands include olefins, phosphines and CO. The π-acid complex is typically characterized by a low oxidation state metal. The relationship between the oxidation state and the nature of the ligand is explained in the framework of π donation. Exemplary carbides, Au 2 C 2, Ni 2 C, Ni 3 C, NiC, Fe 2 C, Fe 3 C, Fe x C y, CoC, Co 2 C, Co 3 C, IrC, IrC 2, IrC 4, Ir 4 C 5, Ir x C y, RuC, Ru 2 C, RhC, PtC, OsC, OsC 3, OsC 2, include (MnFe) 3 C and Mn 3 C. Exemplary fluorides include AuF, AuF 3 , AuF 5 , FeF 2 , FeF 3 , CoFe 2 , CoF 3 , NiF 2 , IrF 3 , IrF 4 , Ir x F y , PdF 3 , PdF 4 , RhF 3 , RhF 4 , RhF 6 RuF 3 and OsF 6 . Exemplary nitrides include Au 3 N, AuN 2 , Au x N y , Ni 3 N, NiN, Co 2 N, CoN, Co 2 N 3 , Co 4 N, Fe 2 N, Fe 3 N x ( Where x = 0.75 to 1.4), Fe 4 N, Fe 8 N, Fe 16 N 2 , IrN, IrN 2 , IrN 3 , RhN, RhN 2 , RhN 3 , Ru 2 N, RuN, RuN 2 , PdN, PdN 2 , OsN, OsN 2 , OsN 4 , Mn 2 N, Mn 4 N and Mn 3 N. Exemplary borides, Au x B y, Mn 2 AuB, NiB, Ni 3 B, Ni 4 B 3, CoB, Co 2 B, Co 3 B, FeB, Fe 2 B, Ru 2 B 3, RuB 2, IrB, Ir x B y , OsB, Os 2 B 3, OsB 2, RhB, ZrRh 3 B, include NbRh 3 B and YRh 3 B. Exemplary acid carbide, Au x O y C z, Ni x O y C z, Fe x O y C z, Co x O y C z, Ir x O y C z, Ru x O y C z, Rh x O y C z, Pt x O y C z, include Pd x O y C z, and Os x O y C z. Exemplary acid fluoride, Au x O y F z, Ni x O y F z, Fe x O y F z, Co x O y F z, Ir x O y F z, Ru x O y F z Rh x O y F z , Pt x O y F z , Pd x O y F z and Os x O y F z . Exemplary oxynitride, Au x O y N z, Ni x O y N z, Fe x O y N z, Co x O y N z, Ir x O y N z, Ru x O y N z , Rh x O y N z , Pt x O y N z , Pd x O y N z and Os x O y N z . Exemplary acid boride, Au x O y B z, Ni x O y B z, Fe x O y B z, Co x O y B z, Ir x O y B z, Ru x O y B z , Rh x O y B z , Pt x O y B z , Pd x O y B z and Os x O y B z . Including these oxides, organometallic complexes, carbides, fluorides, nitrides, oxycarbides, oxyfluorides, oxynitrides, oxyborides, boron-containing nitrides and / or composites containing boron-containing carbides Are within the scope of this disclosure.

カソード触媒層に含有される例示的な触媒は、
(a’’)元素Au、Co、Fe、Ir、Mn、Ni、Os、Pd、Pt、Rh若しくはRuのうちの少なくとも1つ、
(b’’)Au、Co、Fe、Ir、Mn、Ni、Os、Pd、Pt、Rh若しくはRuのうちの少なくとも1つを含む、少なくとも1つの合金、
(c’’)Au、Co、Fe、Ir、Mn、Ni、Os、Pd、Pt、Rh若しくはRuのうちの少なくとも1つを含む、少なくとも1つの複合物、
(d’’)Au、Co、Fe、Ir、Mn、Ni、Os、Pd、Pt、Rh若しくはRuのうちの少なくとも1つの、少なくとも1つの酸化物、
(e’’)Au、Co、Fe、Ir、Mn、Ni、Os、Pd、Pt、Rh若しくはRuのうちの少なくとも1つの、少なくとも1つの有機金属錯体、
(f’’)Au、Co、Fe、Ir、Mn、Ni、Os、Pd、Pt、Rh若しくはRuのうちの少なくとも1つの、少なくとも1つの炭化物、
(g’’)Au、Co、Fe、Ir、Mn、Ni、Os、Pd、Pt、Rh若しくはRuのうちの少なくとも1つの、少なくとも1つのフッ化物、
(h’’)Au、Co、Fe、Ir、Mn、Ni、Os、Pd、Pt、Rh若しくはRuのうちの少なくとも1つの、少なくとも1つの窒化物、
(i’’)Au、Co、Fe、Ir、Mn、Ni、Os、Pd、Pt、Rh若しくはRuのうちの少なくとも1つの、少なくとも1つのホウ化物、
(j’’)Au、Co、Fe、Ir、Mn、Ni、Os、Pd、Pt、Rh若しくはRuのうちの少なくとも1つの、少なくとも1つの酸炭化物、
(k’’)Au、Co、Fe、Ir、Mn、Ni、Os、Pd、Pt、Rh若しくはRuのうちの少なくとも1つの、少なくとも1つの酸フッ化物、又は
(l’’)Au、Co、Fe、Ir、Mn、Ni、Os、Pd、Pt、Rh若しくはRuのうちの少なくとも1つの、少なくとも1つの酸窒化物、又は
(m’’)Au、Co、Fe、Ir、Mn、Ni、Os、Pd、Pt、Rh若しくはRuのうちの少なくとも1つの、少なくとも1つの酸ホウ化物、のうちの少なくとも1つを含む
(ここで、酸化物、有機金属錯体、ホウ化物、炭化物、フッ化物、窒化物、酸ホウ化物、酸炭化物、酸フッ化物及び酸窒化物は、Au、Co、Fe、Ir、Mn、Ni、Os、Pd、Pt、Rh又はRuと共に存在するものであることを理解されたい)。
Exemplary catalysts contained in the cathode catalyst layer are:
(A ″) at least one of the elements Au, Co, Fe, Ir, Mn, Ni, Os, Pd, Pt, Rh or Ru,
(B ″) at least one alloy comprising at least one of Au, Co, Fe, Ir, Mn, Ni, Os, Pd, Pt, Rh or Ru;
(C ″) at least one composite comprising at least one of Au, Co, Fe, Ir, Mn, Ni, Os, Pd, Pt, Rh or Ru;
(D ″) at least one oxide of at least one of Au, Co, Fe, Ir, Mn, Ni, Os, Pd, Pt, Rh or Ru,
(E ″) at least one organometallic complex of at least one of Au, Co, Fe, Ir, Mn, Ni, Os, Pd, Pt, Rh or Ru,
(F ″) at least one carbide of at least one of Au, Co, Fe, Ir, Mn, Ni, Os, Pd, Pt, Rh or Ru,
(G ″) at least one fluoride of at least one of Au, Co, Fe, Ir, Mn, Ni, Os, Pd, Pt, Rh or Ru,
(H ″) at least one nitride of at least one of Au, Co, Fe, Ir, Mn, Ni, Os, Pd, Pt, Rh or Ru,
(I ″) at least one boride of at least one of Au, Co, Fe, Ir, Mn, Ni, Os, Pd, Pt, Rh or Ru;
(J ″) at least one acid carbide of at least one of Au, Co, Fe, Ir, Mn, Ni, Os, Pd, Pt, Rh or Ru,
(K ″) at least one of Au, Co, Fe, Ir, Mn, Ni, Os, Pd, Pt, Rh or Ru, at least one oxyfluoride, or (l ″) Au, Co, At least one oxynitride of at least one of Fe, Ir, Mn, Ni, Os, Pd, Pt, Rh, or Ru, or (m ″) Au, Co, Fe, Ir, Mn, Ni, Os , Pd, Pt, Rh or Ru, including at least one acid boride (wherein oxide, organometallic complex, boride, carbide, fluoride, nitridation) It should be understood that oxides, oxyborides, oxycarbides, oxyfluorides and oxynitrides are present with Au, Co, Fe, Ir, Mn, Ni, Os, Pd, Pt, Rh or Ru. ).

例示的な酸化物としては、CoO、Co、Co、CoFe、FeO、Fe、Fe、Fe、NiO、Ni、NiFe、NiCo、MnO、Mn、Mn及びIrが挙げられ、Irの価数が、例えば2〜8であり得る。具体的な例示的なIr酸化物としては、Ir、IrO、IrO及びIrOに加えて、混合のIrRu、IrPt、IrRh、IrRuPtzOzz、IrRhPtzOzz、IrPdPtzOzz、IrPd、IrRuPdzOzz、IrRhPdzOzz又はイリジウム酸Ir−Ruパイロクロア型酸化物(例えば、NaCeIrRuzz)が挙げられる。Ru酸化物は、価数が、例えば2〜8であり得るRux1y1が挙げられる。具体的な例示的なRu酸化物としては、Ru、RuO及びRuO又はルテニウム酸Ru−Irパイロクロア型酸化物(例えば、NaCeRuIrzz)が挙げられる。例示的なPd酸化物としては、Pdの価数が、例えば1、2及び4であり得るPd形態が挙げられる。具体的な例示的なPd酸化物としては、PdO、PdO、Os酸化物即ちOsO及びOsO、RhO、RhO、Rh、Au、AuO並びにAuが挙げられる。例示的な有機金属錯体としては、Au、Co、Fe、Ni、Ir、Mn、Pd、Pt、Rh、Os又はRuのうちの少なくとも1つが挙げられ、Au、Co、Fe、Ir、Ni、Pd、Pt、Rh、Os又はRuは、ヘテロ原子(複数可)又は非炭素原子(複数可)(例えば、酸素、窒素、カルコゲン(例えば、硫黄及びセレン)、リン又はハロゲン化物)を通して有機配位子と配位結合を形成する。有機配位子を有する例示的なAu、Co、Fe、Ir、Ni、Pd、Pt、Rh、Os又はRu錯体は、π結合を介して形成され得る。酸素ヘテロ原子を有する有機配位子としては、ヒドロキシル、エーテル、カルボニル、エステル、カルボキシル、アルデヒド、無水物、環状無水物及びエポキシなどの官能基が挙げられる。窒素ヘテロ原子を有する有機配位子としては、アミン、アミド、イミド、イミン、アジド、アジン、ピロール、ピリジン、ポルフィリン、イソシアネート、カルバメート、カルバミド、スルファメート、スルファミド、アミノ酸及びN−複素環式カーバインなどの官能基が挙げられる。硫黄ヘテロ原子を有する有機配位子、いわゆるチオ配位子としては、官能基(例えば、チオール、チオケトン(チオン又はチオカルボニル)、チアール、チオフェン、ジスルフィド、ポリスルフィド、スルフィミド、スルホキシミド及びスルホンジイミン)が挙げられる。リンヘテロ原子を有する有機配位子としては、官能基(例えば、ホスフィン、ホスファン、ホスファニド及びホスフィニデン)が挙げられる。また、例示的な有機金属錯体としては、Au、Co、Fe、Ir、Ni、Pd、Pt、Rh、Os又はRuが、ホモ官能性有機配位子又はヘテロ官能性有機配位子のいずれかとの配位結合に関与するホモ及びヘテロ二金属錯体が挙げられる。π配位結合を介して形成されるAu、Co、Fe、Ir、Ni、Pd、Pt、Rh、Os又はRu有機金属錯体としては、炭素リッチなπ−共役有機配位子(例えば、アレン、アリル、ジエン、カルベン及びアルキニル)が挙げられる。また、Au、Co、Fe、Ir、Ni、Pd、Pt、Rh、Os又はRu有機金属錯体の例は、キレート、ピンセット分子、ケージ、分子箱、可動性分子、大環状分子、プリズム、ハーフサンドイッチ及び金属−有機骨格(MOF)としても知られている。Au、Co、Fe、Ir、Ni、Pd、Pt、Rh、Os又はRuのうちの少なくとも1つを含む例示的な有機金属化合物としては、共有結合、イオン結合又は共有結合−イオン結合混合の金属−炭素結合を介してAu、Co、Fe、Ir、Ni、Pd、Pt、Rh、Os又はRuが有機物に結合している化合物が挙げられる。また、例示的な有機金属化合物は、Au、Co、Fe、Ir、Ni、Pd、Pt、Rh、Os又はRuの炭素原子に対する共有結合及びヘテロ原子(例えば、酸素、窒素、カルコゲン(例えば、硫黄及びセレン)、リン又はハロゲン化物)を介した有機配位子に対する配位結合のうちの少なくとも2つの組み合わせを含んでよい。安定な有機金属錯体の化学式は、典型的には、18電子則から予測できる。18電子則は、遷移金属の原子価殻が、結合電子対又は非結合電子対のいずれかとして合計18の電子を収容できる9の原子価軌道からなる、という事実に基づく。これら9の原子軌道と、配位子軌道との組み合わせにより、金属−配位子結合又は非結合のいずれかである9の分子軌道が生じる。18電子則は、一般的に、非遷移金属の錯体には適用できない。18電子則は、有用にも、Cr、Mn、Fe及びCoの三価元素の低スピン錯体の化学式を予測する。周知の例として、フェロセン、鉄ペンタカルボニル、クロムカルボニル及びニッケルカルボニルが挙げられる。錯体における配位子によって、18電子則が適用可能か決まる。一般的に、18電子則に従う錯体は、π−アクセプター配位子(π酸としても知られる)から少なくとも部分的に構成される。この種の配位子は、非常に強い配位子場を作り、その結果、得られた分子軌道のエネルギーを低下させ、そして有利なことに、起動を占有する。典型的な配位子としては、オレフィン、ホスフィン及びCOが挙げられる。π酸の錯体は、典型的には、低酸化状態の金属を特徴とする。酸化状態と配位子の性質との関係は、π供与の枠組みで説明される。例示的な炭化物としては、Au又は他の元素の炭化物(例えば、NiC、NiC、NiC、FeC、FeC、Fe、CoC、CoC、CoC、IrC、IrC、IrC、Ir、Ir、RuC、RuC、RhC、PtC、OsC、OsC及びOsC)が挙げられる。例示的なフッ化物としては、AuF、AuF、AuF、FeF、FeF、CoFe、CoF、NiF、IrF、IrF、Ir、PdF、PdF、RhF、RhF、RhFRuF3及びOsFが挙げられる。例示的な窒化物としては、AuN、AuN、Au、NiN、NiN、CoN、CoN、Co、CoN、FeN、Fe(ここでx=0.75〜1.4)、FeN、FeN、Fe16、IrN、IrN,IrN、RhN、RhN、RhN、RuN、RuN、RuN、PdN、PdN、OsN、OsN及びOsNが挙げられる。例示的なホウ化物としては、Au、MnAuB、Ni、CoB、CoB、CoB、FeB、FeB、Ru、RuB、IrB、Ir、OsB、Os、OsB、RhB並びにこれらの酸ホウ化物、ホウ素含有窒化物及びホウ素含有炭化物が挙げられる。例示的な酸炭化物としては、Au、Ni、Fe、Co、Ir、Ru、Rh、Pt、Pd及びOsが挙げられる。例示的な酸フッ化物としては、Au、Ni、Fe、Co、Ir、Ru、Rh、Pt、Pd及びOsが挙げられる。例示的な酸窒化物としては、Au、Ni、Fe、Co、Ir、Ru、Rh、Pt、Pd及びOsが挙げられる。これらの酸化物、有機金属錯体、炭化物、フッ化物、窒化物、ホウ化物、酸炭化物、酸フッ化物、酸窒化物及び/又は酸ホウ化物、を含む複合物を含むことは、本開示の範囲内である。 Exemplary oxides include CoO, Co 2 O 3 , Co 3 O 4 , CoFe 2 O 4 , FeO, Fe 2 O 3 , Fe 3 O 4 , Fe 4 O 5 , NiO, Ni 2 O 3 , Ni x Fe y O z , Ni x Co y O z , MnO, Mn 2 O 3 , Mn 3 O 4 and Ir x O y can be mentioned, and the valence of Ir can be 2 to 8, for example. Specific exemplary Ir oxides include Ir 2 O 3 , IrO 2 , IrO 3 and IrO 4 as well as mixed Ir x Ru y O z , Ir x Pt y O z , Ir x Rh y O z, Ir x Ru y PtzO zz , Ir x Rh y PtzO zz, Ir x Pd y PtzO zz, Ir x Pd y O z, Ir x Ru y PdzO zz, Ir x Rh y PdzO zz or iridium acid Ir-Ru pyrochlore type oxide (e.g., Na x Ce y Ir z Ru zz O 7) can be mentioned. Examples of the Ru oxide include Ru x1 O y1 whose valence may be 2 to 8, for example. Specific exemplary Ru oxide, Ru 2 O 3, RuO 2 and RuO 3 or ruthenate Ru-Ir pyrochlore type oxide (e.g., Na x Ce y Ru z Ir zz O 7) can be mentioned. Exemplary Pd oxides include Pd x O y forms where the valence of Pd can be, for example, 1, 2, and 4. Specific exemplary Pd oxides include PdO, PdO 2 , Os oxides ie OsO 2 and OsO 4 , RhO, RhO 2 , Rh 2 O 3 , Au 2 O 3 , Au 2 O and Au x O y. Is mentioned. Exemplary organometallic complexes include at least one of Au, Co, Fe, Ni, Ir, Mn, Pd, Pt, Rh, Os, or Ru, and Au, Co, Fe, Ir, Ni, Pd , Pt, Rh, Os, or Ru is an organic ligand through a heteroatom (s) or non-carbon atom (s) (eg, oxygen, nitrogen, chalcogen (eg, sulfur and selenium), phosphorus or halide) And form a coordination bond. Exemplary Au, Co, Fe, Ir, Ni, Pd, Pt, Rh, Os or Ru complexes with organic ligands can be formed through π bonds. Examples of the organic ligand having an oxygen heteroatom include functional groups such as hydroxyl, ether, carbonyl, ester, carboxyl, aldehyde, anhydride, cyclic anhydride, and epoxy. Examples of organic ligands having nitrogen heteroatoms include amines, amides, imides, imines, azides, azines, pyrroles, pyridines, porphyrins, isocyanates, carbamates, carbamides, sulfamates, sulfamides, amino acids and N-heterocyclic carbaine. A functional group is mentioned. As organic ligands having sulfur heteroatoms, so-called thio ligands, functional groups (eg, thiol, thioketone (thione or thiocarbonyl), thiary, thiophene, disulfide, polysulfide, sulfimide, sulfoximide, and sulfoneimine) can be used. Can be mentioned. Examples of the organic ligand having a phosphorus heteroatom include functional groups (for example, phosphine, phosphane, phosphanide, and phosphinidene). Exemplary organometallic complexes include Au, Co, Fe, Ir, Ni, Pd, Pt, Rh, Os, or Ru, either a homofunctional organic ligand or a heterofunctional organic ligand. And homo- and heterobimetallic complexes involved in the coordination bond. Au, Co, Fe, Ir, Ni, Pd, Pt, Rh, Os, or Ru organometallic complexes formed through π coordination bonds include carbon-rich π-conjugated organic ligands (eg, allene, Allyl, diene, carbene and alkynyl). Examples of Au, Co, Fe, Ir, Ni, Pd, Pt, Rh, Os or Ru organometallic complexes are chelates, tweezer molecules, cages, molecular boxes, mobile molecules, macrocycles, prisms, half sandwiches And also known as the metal-organic framework (MOF). Exemplary organometallic compounds comprising at least one of Au, Co, Fe, Ir, Ni, Pd, Pt, Rh, Os or Ru include covalent bonds, ionic bonds or covalent-ionic bond mixed metals -A compound in which Au, Co, Fe, Ir, Ni, Pd, Pt, Rh, Os or Ru is bonded to an organic substance through a carbon bond. Exemplary organometallic compounds also include covalent bonds to heteroatoms (eg, oxygen, nitrogen, chalcogens (eg, sulfur) such as Au, Co, Fe, Ir, Ni, Pd, Pt, Rh, Os, or Ru. And a combination of at least two of the coordination bonds to the organic ligand via selenium, phosphorus or halide). The chemical formula of a stable organometallic complex is typically predictable from the 18 electron rule. The 18-electron rule is based on the fact that the transition metal valence shell consists of 9 valence orbitals that can accommodate a total of 18 electrons, either as bonded or unbonded electron pairs. The combination of these nine atomic orbitals and the ligand orbitals yields nine molecular orbitals that are either metal-ligand bonded or non-bonded. The 18-electron rule is generally not applicable to non-transition metal complexes. The 18-electron rule usefully predicts the chemical formula of low-spin complexes of Cr, Mn, Fe and Co trivalent elements. Well known examples include ferrocene, iron pentacarbonyl, chromium carbonyl and nickel carbonyl. The ligand in the complex determines whether the 18 electron rule is applicable. In general, complexes that follow the 18-electron rule are at least partially composed of π-acceptor ligands (also known as π acids). This type of ligand creates a very strong ligand field, thus reducing the energy of the resulting molecular orbitals and advantageously occupying the activation. Typical ligands include olefins, phosphines and CO. The π-acid complex is typically characterized by a low oxidation state metal. The relationship between the oxidation state and the nature of the ligand is explained in the framework of π donation. Exemplary carbides, carbide Au 2 C 2 or other elements (e.g., Ni 2 C, Ni 3 C , NiC, Fe 2 C, Fe 3 C, Fe x C y, CoC, Co 2 C, Co 3 C, IrC, IrC 2, IrC 4, Ir 4 C 5, Ir x C y, Ru 2 C, RuC, RhC, PtC, OsC, OsC 3 and OSC 2) and the like. Exemplary fluorides include AuF, AuF 3 , AuF 5 , FeF 2 , FeF 3 , CoFe 2 , CoF 3 , NiF 2 , IrF 3 , IrF 4 , Ir x F y , PdF 3 , PdF 4 , RhF 3 , RhF 4 , RhF 6 RuF 3 and OsF 6 . Exemplary nitrides include Au 3 N, AuN 2 , Au x N y , Ni 3 N, NiN, Co 2 N, CoN, Co 2 N 3 , Co 4 N, Fe 2 N, Fe 3 N x ( Where x = 0.75 to 1.4), Fe 4 N, Fe 8 N, Fe 16 N 2 , IrN, IrN 2 , IrN 3 , RhN, RhN 2 , RhN 3 , Ru 2 N, RuN, RuN 2 , PdN, PdN 2 , OsN, OsN 2 and OsN 4 . Exemplary borides, Au x B y, Mn 2 AuB, Ni x B y, CoB, Co 2 B, Co 3 B, FeB, Fe 2 B, Ru 2 B 3, RuB 2, IrB, Ir x Examples include B y , OsB, Os 2 B 3 , OsB 2 , RhB and their acid borides, boron-containing nitrides, and boron-containing carbides. Exemplary acid carbide, Au x O y C z, Ni x O y C z, Fe x O y C z, Co x O y C z, Ir x O y C z, Ru x O y C z, Rh x O y C z, Pt x O y C z, include Pd x O y C z, and Os x O y C z. Exemplary acid fluoride, Au x O y F z, Ni x O y F z, Fe x O y F z, Co x O y F z, Ir x O y F z, Ru x O y F z Rh x O y F z , Pt x O y F z , Pd x O y F z and Os x O y F z . Exemplary oxynitride, Au x O y N z, Ni x O y N z, Fe x O y N z, Co x O y N z, Ir x O y N z, Ru x O y N z , Rh x O y N z , Pt x O y N z , Pd x O y N z and Os x O y N z . It is within the scope of this disclosure to include composites containing these oxides, organometallic complexes, carbides, fluorides, nitrides, borides, oxycarbides, oxyfluorides, oxynitrides and / or oxyborides. Is within.

いくつかの実施形態では、アノード触媒層又はカソード触媒層は、触媒が付着したナノ構造化ウィスカーを含む。ナノ構造化ウィスカーは、米国特許第4812352号(Debe)、同第5039561号(Debe)、同第5338430号(Parsonageら)、同第6136412号(Spiewakら)及び同第7419741号(Vernstromら)(これらの特許の開示内容は参照によって本明細書に組み込まれる)に記載のものを含む、当技術分野において周知の技法によって製造することができる。一般に、ナノ構造化ウィスカーは、例えば、有機材料又は無機材料の層を基材(例えば、ミクロ構造化された触媒移動ポリマーシート)上に(例えば、昇華により)真空蒸着し、次いで、ペリレンレッドを堆積させる場合、熱アニール処理によりペリレンレッド顔料をナノ構造化ウィスカーに変換することにより製造できる。典型的には、真空蒸着工程は、約10−3TORR(0.1パスカル)以下の全圧で実行される。例示のミクロ構造は、有機顔料C.I.顔料レッド149(即ち、N,N’−ジ(3,5−キシリル)ペリレン−3,4:9,10−ビス(ジカルボキシイミド))の熱昇華及び真空アニールによって作製される。有機ナノ構造化層を作製する方法は、例えば、Materials Science and Engineering,A158(1992年)、pp.1〜6;J.Vac.Sci.Technol.A,5(4),1987年7月/8月、pp.1914〜16;J.Vac.Sci.Technol.A,6,(3),1988年5月/8月、pp.1907〜11;Thin Solid Films,186,1990年,pp.327〜47;J.Mat.Sci.,25,1990年,pp.5257〜68;Rapidly Quenched Metals,Proc.of the Fifth Int.Conf.on Rapidly Quenched Metals,独国ヴュルツブルク(1984年9月3〜7日),S.Steebら編、Elsevier Science Publishers B.V.,ニューヨーク(1985年)、pp.1117〜24;Photo.Sci.and Eng.,24,(4),1980年7月/8月、pp.211〜16;並びに米国特許第4340276号(Maffittら)及び同第4568598号(Bilkadiら)(これらの特許の開示内容は参照によって本明細書に組み込まれる)に開示されている。炭素ナノチューブアレイを用いた触媒層の特性は、論文「High Dispersion and Electrocatalytic Properties of Platinum on Well−Aligned Carbon Nanotube Arrays」、Carbon 42(2004年)191〜197頁に開示されている。草のような(grassy)又は逆立った(bristled)ケイ素を使用する触媒層の特性は、例えば、米国特許出願公開第2004/0048466(A1)号(Goreら)に開示されている。   In some embodiments, the anode catalyst layer or cathode catalyst layer comprises nanostructured whiskers with attached catalyst. Nanostructured whiskers are described in U.S. Pat. Nos. 4,812,352 (Debe), 5,039,561 (Debe), 5,338,430 (Parsonage et al.), 6,136,412 (Spiewak et al.), And 7,417,441 (Vernstrom et al.) The disclosures of these patents can be made by techniques well known in the art, including those described in (incorporated herein by reference). In general, nanostructured whiskers, for example, vacuum deposit (eg, by sublimation) a layer of organic or inorganic material onto a substrate (eg, a microstructured catalyst transfer polymer sheet) and then perylene red When deposited, it can be produced by converting perylene red pigment to nanostructured whiskers by thermal annealing. Typically, the vacuum deposition process is performed at a total pressure of about 10-3 TORR (0.1 Pascal) or less. Exemplary microstructures include organic pigments C.I. I. It is made by thermal sublimation and vacuum annealing of pigment red 149 (i.e., N, N'-di (3,5-xylyl) perylene-3,4: 9,10-bis (dicarboximide)). A method for producing an organic nanostructured layer is described in, for example, Materials Science and Engineering, A158 (1992), pp. 1-6; Vac. Sci. Technol. A, 5 (4), July / August 1987, pp. 196 1914-16; Vac. Sci. Technol. A, 6, (3), May / August 1988, pp. 1907-11; Thin Solid Films, 186, 1990, pp. 327-47; Mat. Sci. , 25, 1990, pp. 5257-68; Rapidly Quenched Metals, Proc. of the First Int. Conf. on Rapidly Quenched Metals, Würzburg, Germany (September 3-7, 1984), S.E. Edited by Steve et al., Elsevier Science Publishers B.M. V. , New York (1985), pp. 1117-24; Photo. Sci. and Eng. , 24, (4), July / August 1980, pp. 211-16; and U.S. Pat. Nos. 4,340,276 (Maffitt et al.) And 4,568,598 (Bilkadi et al.), The disclosures of which are incorporated herein by reference. The characteristics of the catalyst layer using the carbon nanotube array are disclosed in a paper “High Dispersion and Electrocatalytic Properties of Platinum on Well-Aligned Carbon Nanotube Arrays”, Carbon 42 (2004), 19-19. The properties of catalyst layers using grassy or brilliant silicon are disclosed, for example, in US 2004/0048466 (A1) (Gore et al.).

真空蒸着は、任意の好適な装置で行ってよい(例えば、米国特許第5338430号(Parsonageら)、同第5879827号(Debeら)、同第5879828号(Debeら)、同第6040077号(Debeら)及び同第6319293号(Debeら)並びに米国特許出願公開第2002/0004453(A1)号(Haugenら)を参照。これらの特許の開示内容は参照によって本明細書に組み込まれる)。1つの例示的な装置が、米国特許第5338430号(Parsonageら)の図4Aに概略的に図示され、付随するテキストで説明されている。ここでは、基材をドラム上に取り付け、次いで、有機前駆体(例えば、ペリレンレッド顔料)を堆積させるために昇華源又は蒸発源上で回転させた後、ナノ構造ウィスカーを形成するために有機前駆体をアニール処理している。   The vacuum deposition may be performed in any suitable apparatus (eg, US Pat. Nos. 5,338,430 (Parsonage et al.), 5879827 (Debe et al.), 5879828 (Debe et al.), And 6040077 (Debe). And US Pat. No. 6,319,293 (Debe et al.) And US Patent Application Publication No. 2002/0004453 (A1) (Haugen et al., The disclosures of these patents are incorporated herein by reference). One exemplary device is schematically illustrated in FIG. 4A of US Pat. No. 5,338,430 (Parsonage et al.) And described in the accompanying text. Here, the substrate is mounted on a drum and then rotated on a sublimation or evaporation source to deposit an organic precursor (eg, perylene red pigment), and then an organic precursor to form a nanostructured whisker. The body is annealed.

典型的には、堆積されたペリレンレッド顔料の名目厚さは、約50nm〜500nmの範囲内である。典型的には、ウィスカーは、20nm〜60nmの範囲内の平均断面寸法及び0.3マイクロメートル〜3マイクロメートルの範囲内の平均長さを有する。   Typically, the nominal thickness of the deposited perylene red pigment is in the range of about 50 nm to 500 nm. Typically, whiskers have an average cross-sectional dimension in the range of 20 nm to 60 nm and an average length in the range of 0.3 micrometers to 3 micrometers.

いくつかの実施形態では、ウィスカーは裏材に取り付けられている。代表的な裏材は、ポリイミド、ナイロン、金属箔、又は最大300℃までのサーマルアニール温度に耐えることができる他の材料を含む。いくつかの実施形態では、裏材は、25マイクロメートル〜125マイクロメートルの範囲内の平均厚さを有する。   In some embodiments, the whiskers are attached to the backing. Exemplary backings include polyimide, nylon, metal foil, or other materials that can withstand thermal annealing temperatures up to 300 ° C. In some embodiments, the backing has an average thickness in the range of 25 micrometers to 125 micrometers.

いくつかの実施形態では、裏材は、その表面の少なくとも1つの上にミクロ構造を有する。いくつかの実施形態では、ミクロ構造は、ナノ構造ウィスカーの平均サイズの少なくとも3倍(いくつかの実施形態では、少なくとも4倍、5倍、10倍、又はそれ以上)の実質的に均一な形状及び寸法の特徴で構成される。ミクロ構造の形状は、例えば、V型の溝部と頂部(例えば、参照することにより本明細書に組み込まれる、米国特許第6,136,412号(Spiewakら))又はピラミッド(例えば、参照することにより本明細書に組み込まれる、米国特許第7,901,829号(Debeら))であり得る。いくつかの実施形態では、ミクロ構造の特徴の一部は、周期的にミクロ構造化ピークの平均又は大部分の上方に延在し、例えば、31個のV字型溝ピークごとに、その両側のピークよりも25%若しくは50%又は100%高い。いくつかの実施形態では、この、ミクロ構造化ピークの大部分の上方に延在する特徴の一部は、最大10%(いくつかの実施形態では、最大3%、2%又は更には最大1%)であり得る。たまに高いミクロ構造機構を用いると、ローツーロールコーティング作業中にコーティングされた基材がロール表面を移動する際の、均一に小さいミクロ構造頂部の保護に役立ち得る。随時出現する高い特徴が、小さいミクロ構造のピークではなくローラの表面に接触するので、基材がコーティングプロセスを進むときに、削り落とされたり又は別な形で妨害されたりするナノ構造化材料又はウィスカー材料が非常に少なくなり得る。いくつかの実施形態では、ミクロ構造特徴は、膜電極アセンブリの製造時に触媒が移動する先の膜の厚さの半分よりも実質的に小さい。これは、触媒移動プロセス中に、高いミクロ構造機構が、膜の反対側で電極を重ね得る膜を貫通しないようにするためである。幾つかの実施形態では、最も高い微細構造化特徴は、膜厚の1/3又は1/4未満である。最も薄いイオン交換膜(例えば、厚さ約10マイクロメートル〜15マイクロメートル)の場合、約3マイクロメートル〜4.5マイクロメートルを超えない高さの微細構造特徴を備える基材を有することが望ましい場合がある。いくつかの実施形態では、V字型又は他のミクロ構造化特徴の側面の傾斜、つまり隣接する特徴間の夾角は、約90°であることが望ましい場合があり、これは、積層移動プロセス中の触媒輸送を容易にするため、かつ基材の裏材の平坦な幾何学的表面に対してミクロ構造化層の表面積を2の平方根(1.414)倍にして、電極の表面積を増やすためである。   In some embodiments, the backing has a microstructure on at least one of its surfaces. In some embodiments, the microstructure has a substantially uniform shape that is at least 3 times the average size of nanostructured whiskers (in some embodiments, at least 4 times, 5 times, 10 times, or more). And dimensional features. The shape of the microstructure can be, for example, a V-shaped groove and top (eg, US Pat. No. 6,136,412 (Spiewak et al.), Incorporated herein by reference) or pyramid (eg, see US Pat. No. 7,901,829 (Debe et al.)), Incorporated herein by reference. In some embodiments, some of the microstructure features periodically extend above the average or most of the microstructured peak, eg, every 31 V-shaped groove peaks on either side of it. 25%, 50%, or 100% higher than the peak. In some embodiments, some of the features that extend above the majority of the microstructured peak are up to 10% (in some embodiments, up to 3%, 2%, or even up to 1 %). Occasionally, a high microstructure feature can help protect the top of the uniformly small microstructure as the coated substrate moves across the roll surface during a low-to-roll coating operation. Nanostructured materials that can be scraped off or otherwise obstructed as the substrate progresses through the coating process because the high features that appear from time to time contact the surface of the roller rather than the small microstructure peaks or Whisker material can be very low. In some embodiments, the microstructure features are substantially less than half the thickness of the membrane to which the catalyst travels during manufacture of the membrane electrode assembly. This is so that during the catalyst transfer process, high microstructure features do not penetrate the membrane which can overlap the electrodes on the opposite side of the membrane. In some embodiments, the highest microstructured feature is less than 1/3 or 1/4 of the film thickness. For thinnest ion exchange membranes (eg, about 10 to 15 micrometers thick), it is desirable to have a substrate with microstructural features that are no more than about 3 to 4.5 micrometers in height There is a case. In some embodiments, it may be desirable for the side slope of the V-shaped or other microstructured features, ie, the included angle between adjacent features, to be about 90 °, which may be useful during the stack transfer process. To increase the surface area of the electrode by making the surface area of the microstructured layer 2 square root (1.414) times the flat geometric surface of the substrate backing It is.

いくつかの実施形態では、アノード触媒層は、
(a’)元素Al、炭素、Hf、Nb、Re、Si、Sn、Ta、Ti、W若しくはZrのうちの少なくとも1つ、
(b’)Al、炭素、Hf、Nb、Re、Si、Sn、Ta、Ti、W若しくはZrのうちの少なくとも1つを含む、少なくとも1つの合金、
(c’)Al、炭素、Hf、Nb、Re、Si、Sn、Ta、Ti、W若しくはZrのうちの少なくとも1つを含む、少なくとも1つの複合物、
(d’)Al、Hf、Nb、Re、Si、Sn、Ta、Ti、W若しくはZrのうちの少なくとも1つの、少なくとも1つの酸化物、
(e’)Al、Hf、Nb、Re、Si、Sn、Ta、Ti、W若しくはZrのうちの少なくとも1つの、少なくとも1つの有機金属錯体、
(f’)Al、Hf、Nb、Re、Si、Sn、Ta、Ti、W若しくはZrのうちの少なくとも1つの、少なくとも1つの炭化物、
(g’)Al、炭素、Hf、Nb、Re、Si、Sn、Ta、Ti、W若しくはZrのうちの少なくとも1つの、少なくとも1つのフッ化物、
(h’)Al、炭素、Hf、Nb、Re、Si、Sn、Ta、Ti、W若しくはZrのうちの少なくとも1つの、少なくとも1つの窒化物、
(i’)Al、Hf、Nb、Re、Si、Sn、Ta、Ti、W若しくはZrのうちの少なくとも1つの、少なくとも1つの酸炭化物、
(j’)Al、Hf、Nb、Re、Si、Sn、Ta、Ti、W若しくはZrのうちの少なくとも1つの、少なくとも1つの酸フッ化物、
(k’)Al、炭素、Hf、Nb、Re、Si、Sn、Ta、Ti、W若しくはZrのうちの少なくとも1つの、少なくとも1つの酸窒化物、
(l’)Al、炭素、Hf、Nb、Re、Si、Sn、Ta、Ti、W若しくはZrのうちの少なくとも1つの、少なくとも1つのホウ化物、又は
(m’)Al、Hf、Nb、Re、Si、Sn、Ta、Ti、W若しくはZrのうちの少なくとも1つの、少なくとも1つの酸ホウ化物、のうちの少なくとも1つを含む担持材料を含む
(ここで、酸化物、有機金属錯体、ホウ化物、炭化物、フッ化物、窒化物、酸ホウ化物、酸炭化物、酸フッ化物及び酸窒化物は、Al、炭素、Hf、Nb、Re、Si、Sn、Ta、Ti、W又はZrと共に存在するものであることを理解されたい)。
In some embodiments, the anode catalyst layer is
(A ′) at least one of the elements Al, carbon, Hf, Nb, Re, Si, Sn, Ta, Ti, W or Zr,
(B ′) at least one alloy comprising at least one of Al, carbon, Hf, Nb, Re, Si, Sn, Ta, Ti, W or Zr;
(C ′) at least one composite comprising at least one of Al, carbon, Hf, Nb, Re, Si, Sn, Ta, Ti, W or Zr;
(D ′) at least one oxide of at least one of Al, Hf, Nb, Re, Si, Sn, Ta, Ti, W or Zr,
(E ′) at least one organometallic complex of at least one of Al, Hf, Nb, Re, Si, Sn, Ta, Ti, W or Zr,
(F ′) at least one carbide of at least one of Al, Hf, Nb, Re, Si, Sn, Ta, Ti, W or Zr,
(G ′) at least one fluoride of at least one of Al, carbon, Hf, Nb, Re, Si, Sn, Ta, Ti, W or Zr,
(H ′) at least one nitride of at least one of Al, carbon, Hf, Nb, Re, Si, Sn, Ta, Ti, W or Zr,
(I ′) at least one oxycarbide of at least one of Al, Hf, Nb, Re, Si, Sn, Ta, Ti, W or Zr,
(J ′) at least one oxyfluoride of at least one of Al, Hf, Nb, Re, Si, Sn, Ta, Ti, W or Zr,
(K ′) at least one oxynitride of at least one of Al, carbon, Hf, Nb, Re, Si, Sn, Ta, Ti, W or Zr,
(L ′) at least one boride of at least one of Al, carbon, Hf, Nb, Re, Si, Sn, Ta, Ti, W or Zr, or (m ′) Al, Hf, Nb, Re , Si, Sn, Ta, Ti, W or Zr, including at least one of at least one acid boride (wherein oxide, organometallic complex, boron) , Carbides, fluorides, nitrides, oxyborides, oxycarbides, oxyfluorides and oxynitrides are present with Al, carbon, Hf, Nb, Re, Si, Sn, Ta, Ti, W or Zr Please understand that.

例示的な酸化物としては、HfO、Hf、HfO、TaO、Ta、SnO、SnO、TiO、Ti、TiO、Ti、ZrO、Zr、ZrO、イットリア安定化ジルコニア(YSZ)、W、WO、ReO、ReO、Re、Re、NbO、NbO、Nb、Al、AlO、AlO、SiO及びSiOが挙げられる。例示的な有機金属錯体としては、Al、Hf、Nb、Re、Si、Sn、Ta、Ti、W又はZrのうちの少なくとも1つが挙げられ、Al、Hf、Nb、Re、Si、Sn、Ta、Ti、W又はZrは、ヘテロ原子(複数可)又は非炭素原子(複数可)(例えば、酸素、窒素、カルコゲン(例えば、硫黄及びセレン)、リン又はハロゲン化物)を通して有機配位子と配位結合を形成する。有機配位子を有する例示的なAl、Hf、Nb、Re、Si、Sn、Ta、Ti、W又はZr錯体は、π結合を介して形成され得る。酸素ヘテロ原子を有する有機配位子としては、ヒドロキシル、エーテル、カルボニル、エステル、カルボキシル、アルデヒド、無水物、環状無水物及びエポキシなどの官能基が挙げられる。窒素ヘテロ原子を有する有機配位子としては、アミン、アミド、イミド、イミン、アジド、アジン、ピロール、ピリジン、ポルフィリン、イソシアネート、カルバメート、カルバミド、スルファメート、スルファミド、アミノ酸及びN−複素環式カーバインなどの官能基が挙げられる。硫黄ヘテロ原子を有する有機配位子、いわゆるチオ配位子としては、官能基(例えば、チオール、チオケトン(チオン又はチオカルボニル)、チアール、チオフェン、ジスルフィド、ポリスルフィド、スルフィミド、スルホキシミド及びスルホンジイミン)が挙げられる。リンヘテロ原子を有する有機配位子としては、官能基(例えば、ホスフィン、ホスファン、ホスファニド及びホスフィニデン)が挙げられる。また、例示的な有機金属錯体としては、Al、Hf、Nb、Re、Si、Sn、Ta、Ti、W又はZrが、ホモ官能性有機配位子又はヘテロ官能性有機配位子のいずれかとの配位結合に関与するホモ及びヘテロ二金属錯体が挙げられる。π配位結合を介して形成されるAl、Hf、Nb、Re、Si、Sn、Ta、Ti、W又はZr有機金属錯体としては、炭素リッチなπ−共役有機配位子(例えば、アレン、アリル、ジエン、カルベン及びアルキニル)が挙げられる。また、Al、Hf、Nb、Re、Si、Sn、Ta、Ti、W又はZr有機金属錯体の例は、キレート、ピンセット分子、ケージ、分子箱、可動性分子、大環状分子、プリズム、ハーフサンドイッチ及び金属−有機骨格(MOF)としても知られている。Al、Hf、Nb、Re、Si、Sn、Ta、Ti、W又はZrのうちの少なくとも1つを含む例示的な有機金属化合物としては、共有結合、イオン結合又は共有結合−イオン結合混合の金属−炭素結合を介してAl、Hf、Nb、Re、Si、Sn、Ta、Ti、W又はZrが有機物に結合している化合物が挙げられる。また、例示的な有機金属化合物は、Al、Hf、Nb、Re、Si、Sn、Ta、Ti、W又はZrの炭素原子に対する共有結合及びヘテロ原子(例えば、酸素、窒素、カルコゲン(例えば、硫黄及びセレン)、リン又はハロゲン化物)を介した有機配位子に対する配位結合のうちの少なくとも2つの組み合わせを含んでよい。安定な有機金属錯体の化学式は、典型的には、18電子則から予測できる。18電子則は、遷移金属の原子価殻が、結合電子対又は非結合電子対のいずれかとして合計18の電子を収容できる9の原子価軌道からなる、という事実に基づく。これら9の原子軌道と、配位子軌道との組み合わせにより、金属−配位子結合又は非結合のいずれかである9の分子軌道が生じる。18電子則は、一般的に、非遷移金属の錯体には適用できない。錯体における配位子によって、18電子則が適用可能か決まる。一般的に、18電子則に従う錯体は、π−アクセプター配位子(π酸としても知られる)から少なくとも部分的に構成される。この種の配位子は、非常に強い配位子場を作り、その結果、得られた分子軌道のエネルギーを低下させ、そして有利なことに、起動を占有する。典型的な配位子としては、オレフィン、ホスフィン及びCOが挙げられる。π酸の錯体は、典型的には、低酸化状態の金属を特徴とする。酸化状態と配位子の性質との関係は、π供与の枠組みで説明される。更なる詳細については、例えば、Organometallic Chemistry of Titanium,Zirconium,and Hafnium,A volume in Organometallic Chemistry:A Series of Monographs 著者:P.C.Wailes,ISBN:978−0−12−730350−5を参照されたい。例示的な炭化物としては、HfC及びHfC、NbC、Nb及びNbC、ReC、TaC、Ta、TaC、WC、WC、WC、ZrC、Zr、ZrC、TiC、Ti12 クラスター並びに三元化合物であるTi−Al−C及びTi−Sn−C炭化物相(例えば、TiAlC、TiAlC、TiAlC、TiSnC、Al、SnC、SnC及びAl)が挙げられる。例示的なフッ化物としては、ZrF、TiF、TiF、TaF、NbF、NbF、WF、AlF、HfF、CF、CF、(CF)、SnF及びSnFが挙げられる。例示的な窒化物としては、Hf、HfN、ReN、ReN、ReN、NbN、NbN、Nb炭素含有窒化物、TaN、TaN、Ta、Ta、WN、WN、WN、Zr、ZrN、β−C、グラファイト状g−C及びSiが挙げられる。例示的な酸炭化物として、Al、Hf、Zr、Ti、Ta、Re、Nb、W及びSnが挙げられる。例示的な酸フッ化物として、Al、Hf、Zr、Ti、Ta、Re、Nb、W及びSnが挙げられる。例示的な酸窒化物として、Al、Hf、Zr、Ti、Ta、Re、Nb、W、C及びSnが挙げられる。例示的なホウ化物として、ZrB、TiB、TaB、Ta、Ta、TaB、NbB、NbB、WB、WB、AlB、HfB、ReB、BC、SiB、SiB、SiB並びにこれらの酸ホウ化物、ホウ素含有窒化物及びホウ素含有炭化物が挙げられる。これらの酸化物、有機金属錯体、炭化物、フッ化物、窒化物、酸炭化物、酸フッ化物及び/又は酸窒化物を含む複合物を含むことは、本開示の範囲内である。多成分触媒の様々な成分の組成及び量は、触媒の性能及び触媒を使用するデバイスの性能全体に影響を及ぼし得る(例えば、Ptアノード触媒においてTiが多すぎると、セルの性能を低下させることがわかった)。 Exemplary oxides include HfO, Hf 2 O 3 , HfO 2 , TaO, Ta 2 O 5 , SnO, SnO 2 , TiO, Ti 2 O 3 , TiO 2 , Ti x O y , ZrO, Zr 2 O. 3 , ZrO 2 , yttria stabilized zirconia (YSZ), W 2 O 3 , WO 3 , ReO 2 , ReO 3 , Re 2 O 3 , Re 2 O 7 , NbO, NbO 2 , Nb 2 O 5 , Al 2 O 3, AlO, Al 2 O, the SiO and SiO 2 and the like. Exemplary organometallic complexes include at least one of Al, Hf, Nb, Re, Si, Sn, Ta, Ti, W, or Zr, including Al, Hf, Nb, Re, Si, Sn, Ta , Ti, W or Zr can be coordinated with the organic ligand through heteroatom (s) or non-carbon atom (s) (eg, oxygen, nitrogen, chalcogen (eg, sulfur and selenium), phosphorus or halide). To form coordinate bonds. Exemplary Al, Hf, Nb, Re, Si, Sn, Ta, Ti, W or Zr complexes with organic ligands can be formed through π bonds. Examples of the organic ligand having an oxygen heteroatom include functional groups such as hydroxyl, ether, carbonyl, ester, carboxyl, aldehyde, anhydride, cyclic anhydride, and epoxy. Examples of organic ligands having nitrogen heteroatoms include amines, amides, imides, imines, azides, azines, pyrroles, pyridines, porphyrins, isocyanates, carbamates, carbamides, sulfamates, sulfamides, amino acids and N-heterocyclic carbaine. A functional group is mentioned. As organic ligands having sulfur heteroatoms, so-called thio ligands, functional groups (eg, thiol, thioketone (thione or thiocarbonyl), thiary, thiophene, disulfide, polysulfide, sulfimide, sulfoximide, and sulfoneimine) can be used. Can be mentioned. Examples of the organic ligand having a phosphorus heteroatom include functional groups (for example, phosphine, phosphane, phosphanide, and phosphinidene). Also, as an exemplary organometallic complex, Al, Hf, Nb, Re, Si, Sn, Ta, Ti, W, or Zr may be either a homofunctional organic ligand or a heterofunctional organic ligand. And homo- and heterobimetallic complexes involved in the coordination bond. Al, Hf, Nb, Re, Si, Sn, Ta, Ti, W, or Zr organometallic complexes formed through π coordination bonds include carbon-rich π-conjugated organic ligands (eg, allene, Allyl, diene, carbene and alkynyl). Examples of Al, Hf, Nb, Re, Si, Sn, Ta, Ti, W or Zr organometallic complexes are chelates, tweezer molecules, cages, molecular boxes, mobile molecules, macrocycles, prisms, half sandwiches And also known as the metal-organic framework (MOF). Exemplary organometallic compounds containing at least one of Al, Hf, Nb, Re, Si, Sn, Ta, Ti, W or Zr include covalent bonds, ionic bonds or covalent-ionic bond mixed metals -A compound in which Al, Hf, Nb, Re, Si, Sn, Ta, Ti, W or Zr is bonded to an organic substance through a carbon bond. Exemplary organometallic compounds also include covalent bonds and heteroatoms (eg, oxygen, nitrogen, chalcogen (eg, sulfur) to carbon atoms of Al, Hf, Nb, Re, Si, Sn, Ta, Ti, W or Zr. And a combination of at least two of the coordination bonds to the organic ligand via selenium, phosphorus or halide). The chemical formula of a stable organometallic complex is typically predictable from the 18 electron rule. The 18-electron rule is based on the fact that the transition metal valence shell consists of 9 valence orbitals that can accommodate a total of 18 electrons, either as bonded or unbonded electron pairs. The combination of these nine atomic orbitals and the ligand orbitals yields nine molecular orbitals that are either metal-ligand bonded or non-bonded. The 18-electron rule is generally not applicable to non-transition metal complexes. The ligand in the complex determines whether the 18 electron rule is applicable. In general, complexes that follow the 18-electron rule are at least partially composed of π-acceptor ligands (also known as π acids). This type of ligand creates a very strong ligand field, thus reducing the energy of the resulting molecular orbitals and advantageously occupying the activation. Typical ligands include olefins, phosphines and CO. The π-acid complex is typically characterized by a low oxidation state metal. The relationship between the oxidation state and the nature of the ligand is explained in the framework of π donation. For further details, see, for example, Organometallic Chemistry of Titanium, Zirconium, and Hafnium, A volume in Organometallic Chemistry: A Series of Monographs. C. See Wales, ISBN: 978-0-12-730350-5. Exemplary carbides include HfC and HfC 2 , Nb 2 C, Nb 4 C 3 and NbC, Re 2 C, TaC, Ta 4 C 3 , Ta 2 C, WC, W 2 C, WC 2 , Zr 2 C , Zr 3 C 2 , Zr 6 C, TiC, Ti 8 C 12 + clusters and ternary compounds Ti—Al—C and Ti—Sn—C carbide phases (eg, Ti 3 AlC, Ti 3 AlC 2 , Ti 2 AlC, Ti 2 SnC, Al 4 C 3, SnC, Sn 2 C , and Al 4 C 3) can be mentioned. Exemplary fluorides include ZrF 4 , TiF 4 , TiF 3 , TaF 5 , NbF 4 , NbF 5 , WF 6 , AlF 3 , HfF 4 , CF, CF x , (CF) x , SnF 2 and SnF 4 Is mentioned. Exemplary nitrides include Hf 3 N 4 , HfN, Re 2 N, Re 3 N, ReN, Nb 2 N, NbN, Nb carbon-containing nitride, TaN, Ta 2 N, Ta 5 N 6 , Ta 3 N 5 , W 2 N, WN, WN 2 , Zr 3 N 4 , ZrN, β-C 3 N 4 , graphite-like gC 3 N 4 and Si 3 N 4 may be mentioned. Exemplary acid carbide, Al x O y C z, Hf x O y C z, Zr x O y C z, Ti x O y C z, Ta x O y C z, Re x O y C z, Nb x O y C z, W x O y C z and Sn x O y C z, and the like. Exemplary acid fluoride, Al x O y F z, Hf x O y F z, Zr x O y F z, Ti x O y F z, Ta x O y F z, Re x O y F z, nb x O y F z, W x O y F z and Sn x O y F z, and the like. Exemplary oxynitride, Al x O y N z, Hf x O y N z, Zr x O y N z, Ti x O y N z, Ta x O y N z, Re x O y N z, nb x O y N z, W x O y N z, include C x O y N x and Sn x O y F z. Exemplary borides, ZrB 2, TiB 2, TaB , Ta 5 B 6, Ta 3 B 4, TaB 2, NbB 2, NbB, WB, WB 2, AlB 2, HfB 2, ReB 2, B 4 C , SiB 3 , SiB 4 , SiB 6 and their acid borides, boron-containing nitrides and boron-containing carbides. It is within the scope of this disclosure to include composites containing these oxides, organometallic complexes, carbides, fluorides, nitrides, oxycarbides, oxyfluorides and / or oxynitrides. The composition and amount of the various components of the multi-component catalyst can affect the performance of the catalyst and the overall performance of the device using the catalyst (e.g., too much Ti in a Pt anode catalyst can reduce cell performance. )

触媒及び触媒担持材料は、適宜、当技術分野で周知の技法によって堆積できる。例示的な堆積法としては、スパッタリング(反応性スパッタリングを含む)、原子層堆積法、有機分子化学蒸着法、有機金属化学蒸着法、分子線エピタキシー、熱物理蒸着法、エレクトロスプレーイオン化による真空蒸着及びパルスレーザ堆積法からなる群から独立して選択される技法が挙げられる。熱物理蒸着法では、(例えば、抵抗加熱、電子ビーム銃又はレーザにより)適切な所望の温度を用いて、ターゲット(原料物質)を蒸気状態に融解又は昇華し、その後、蒸気状態のターゲットを真空空間に通すと、蒸気形態が基材表面で凝縮する。熱物理蒸着装置は、当技術分野で周知であり、例えば、金属蒸発器として、「METAL Evaporator」(ME−Series)という商品名でCreaPhys GmbHから市販されている装置又は有機材料蒸発器として、「ORGANIC MATERIALS EVAPORATIOR(ORMA−Series)」という商品名でMantis Deposition LTD(英国オックスフォードシャー)から市販されている装置が挙げられる。複数の交互層を含む触媒は、例えば、複数のターゲットからスパッタリングする(例えば、Nbを第1のターゲットからスパッタリングし、Zrを第2のターゲットからスパッタリングし、Hfを(もしあれば)第3のターゲットからスパッタリングするなど)こともできるし、2つ以上の元素を含むターゲット(複数可)からスパッタリングすることもできる。触媒の被覆を単一のターゲットで行う場合、被覆層を単一のステップでGDL上に付着させて、触媒被覆の凝縮熱が、Al、炭素、Hf、Ta、Si、Sn、Ti、Zr又はWなどの原子を(該当する場合は)加熱し、かつ基材表面を十分に加熱して、原子が良好に混合し、かつ熱力学的に安定な合金領域を形成するのに十分な表面移動度を提供するようにすることが望ましい場合もある。あるいは、例えば、基材はまた、熱した状態で供したり、加熱したりして、この原子移動度を高めることもできる。いくつかの実施形態では、スパッタリングは、アルゴンと酸素との混合物を少なくとも含む雰囲気中で少なくとも部分的に行われ、スパッタリングチャンバへの酸素流量に対するアルゴン流量の比率は、少なくとも113sccm/7sccmである。有機金属形態の触媒及び触媒担持材料は、適宜、例えば、質量選別イオンのソフトランディング又は反応性ランディングによって堆積できる。質量選別イオンのソフトランディングは、有機配位子を備えた触媒活性金属錯体を気相から不活性表面上に移動させるために用いられる。この方法を用いて明確な活性部位を有する物質を調製し、それによって、周囲条件下又は従来の真空条件下で、高度に制御された方法で、表面の分子設計を行うことができる。更なる詳細については、例えば、Johnsonら、Anal.Chem 2010年、82,5718〜5727及びJohnsonら、Chemistry:A European Journal 2010年、16,14433〜14438を参照されたく、これらの開示内容は参照によって本明細書に組み込まれる。   The catalyst and catalyst support material can be deposited by techniques well known in the art, as appropriate. Exemplary deposition methods include sputtering (including reactive sputtering), atomic layer deposition, organic molecular chemical vapor deposition, metalorganic chemical vapor deposition, molecular beam epitaxy, thermophysical vapor deposition, vacuum deposition by electrospray ionization, and And a technique selected independently from the group consisting of pulsed laser deposition. In thermal physical vapor deposition, the target (raw material) is melted or sublimed into a vapor state using an appropriate desired temperature (eg, by resistance heating, an electron beam gun or a laser), and then the vapor target is vacuumed. When passed through the space, the vapor form condenses on the substrate surface. Thermal physical vapor deposition devices are well known in the art, for example, as metal evaporators, commercially available from ClearPhys GmbH, under the trade name “METAL Evaporator” (ME-Series), or as organic material evaporators. An apparatus commercially available from Mantis Deposition LTD (Oxfordshire, UK) under the trade name "ORGANIC MATERIALS EVAPORATION (ORMA-Series)". A catalyst comprising a plurality of alternating layers may be sputtered from a plurality of targets, for example (eg, Nb is sputtered from a first target, Zr is sputtered from a second target, and Hf (if any) is third. Sputtering from a target, etc.), and sputtering from a target (s) containing two or more elements. When the coating of the catalyst is performed with a single target, the coating layer is deposited on the GDL in a single step so that the condensation heat of the catalyst coating is Al, carbon, Hf, Ta, Si, Sn, Ti, Zr or Sufficient surface movement to heat atoms such as W (if applicable) and sufficiently heat the substrate surface to form a well-mixed and thermodynamically stable alloy region It may be desirable to provide a degree. Alternatively, for example, the substrate can also be served in a heated state or heated to increase this atomic mobility. In some embodiments, sputtering is at least partially performed in an atmosphere comprising at least a mixture of argon and oxygen, and the ratio of the argon flow rate to the oxygen flow rate to the sputtering chamber is at least 113 sccm / 7 sccm. The organometallic catalyst and catalyst support material can be deposited as appropriate, for example, by soft landing or reactive landing of mass-selected ions. Soft landing of mass-selected ions is used to move catalytically active metal complexes with organic ligands from the gas phase onto an inert surface. This method can be used to prepare substances with well-defined active sites, thereby allowing surface molecular design to be performed in a highly controlled manner under ambient or conventional vacuum conditions. For further details see, for example, Johnson et al., Anal. See Chem 2010, 82, 5718-5727 and Johnson et al., Chemistry: A European Journal 2010, 16, 14433-14438, the disclosures of which are incorporated herein by reference.

いくつかの実施形態では、カソード触媒層は、
(a’’’)元素Al、炭素、Hf、Nb、Re、Si、Sn、Ta、Ti、W若しくはZrのうちの少なくとも1つ、
(b’’’)Al、炭素、Hf、Nb、Re、Si、Sn、Ta、Ti、W若しくはZrのうちの少なくとも1つを含む、少なくとも1つの合金、
(c’’’)Al、炭素、Hf、Nb、Re、Si、Sn、Ta、Ti、W若しくはZrのうちの少なくとも1つを含む、少なくとも1つの複合物、
(d’’’)Al、Hf、Nb、Re、Si、Sn、Ta、Ti、W若しくはZrのうちの少なくとも1つの、少なくとも1つの酸化物、
(e’’’)Al、Hf、Nb、Re、Si、Sn、Ta、Ti、W若しくはZrのうちの少なくとも1つの、少なくとも1つの有機金属錯体、
(f’’’)Al、Hf、Nb、Re、Si、Sn、Ta、Ti、W若しくはZrのうちの少なくとも1つの、少なくとも1つの炭化物、
(g’’’)Al、炭素、Hf、Nb、Re、Si、Sn、Ta、Ti、W若しくはZrのうちの少なくとも1つの、少なくとも1つのフッ化物、
(h’’’)Al、炭素、Hf、Nb、Re、Si、Sn、Ta、Ti、W若しくはZrのうちの少なくとも1つの、少なくとも1つの窒化物、
(i’’’)Al、Hf、Nb、Re、Si、Sn、Ta、Ti、W若しくはZrのうちの少なくとも1つの、少なくとも1つの酸炭化物、
(j’’’)Al、Hf、Nb、Re、Si、Sn、Ta、Ti、W若しくはZrのうちの少なくとも1つの、少なくとも1つの酸フッ化物、
(k’’’)Al、炭素、Hf、Nb、Re、Si、Sn、Ta、Ti、W若しくはZrのうちの少なくとも1つの、少なくとも1つの酸窒化物、
(l’’’)Al、炭素、Hf、Nb、Re、Si、Sn、Ta、Ti、W若しくはZrのうちの少なくとも1つの、少なくとも1つのホウ化物、又は
(m’’’)Al、Hf、Nb、Re、Si、Sn、Ta、Ti、W若しくはZrのうちの少なくとも1つの、少なくとも1つの酸ホウ化物、のうちの少なくとも1つを含む担持材料を含む
(ここで、酸化物、有機金属錯体、ホウ化物、炭化物、フッ化物、窒化物、酸炭化物、酸フッ化物、酸ホウ化物及び酸窒化物は、a’’’と共に存在するものであることを理解されたい)。
In some embodiments, the cathode catalyst layer is
(A ′ ″) at least one of the elements Al, carbon, Hf, Nb, Re, Si, Sn, Ta, Ti, W or Zr,
(B ′ ″) at least one alloy comprising at least one of Al, carbon, Hf, Nb, Re, Si, Sn, Ta, Ti, W or Zr;
(C ′ ″) at least one composite comprising at least one of Al, carbon, Hf, Nb, Re, Si, Sn, Ta, Ti, W or Zr;
(D ′ ″) at least one oxide of at least one of Al, Hf, Nb, Re, Si, Sn, Ta, Ti, W or Zr,
(E ′ ″) at least one organometallic complex of at least one of Al, Hf, Nb, Re, Si, Sn, Ta, Ti, W or Zr,
(F ″ ′) at least one carbide of at least one of Al, Hf, Nb, Re, Si, Sn, Ta, Ti, W or Zr,
(G ′ ″) at least one fluoride of at least one of Al, carbon, Hf, Nb, Re, Si, Sn, Ta, Ti, W or Zr,
(H ′ ″) at least one nitride of at least one of Al, carbon, Hf, Nb, Re, Si, Sn, Ta, Ti, W or Zr,
(I ′ ″) at least one oxycarbide of at least one of Al, Hf, Nb, Re, Si, Sn, Ta, Ti, W or Zr,
(J ′ ″) at least one oxyfluoride of at least one of Al, Hf, Nb, Re, Si, Sn, Ta, Ti, W or Zr,
(K ′ ″) at least one oxynitride of at least one of Al, carbon, Hf, Nb, Re, Si, Sn, Ta, Ti, W or Zr,
(L ′ ″) at least one boride of at least one of Al, carbon, Hf, Nb, Re, Si, Sn, Ta, Ti, W or Zr, or (m ′ ″) Al, Hf , Nb, Re, Si, Sn, Ta, Ti, W or Zr, including at least one of oxyboride and at least one support material (wherein oxide, organic (It should be understood that metal complexes, borides, carbides, fluorides, nitrides, oxycarbides, oxyfluorides, oxyborides and oxynitrides are present with a ′ ″).

例示的な酸化物としては、HfO、Hf、HfO、TaO、Ta、SnO、SnO、TiO、Ti、TiO、Ti、ZrO、Zr、ZrO、イットリア安定化ジルコニア(YSZ)、W、WO、ReO、ReO、Re、Re、NbO、NbO、Nb、Al、AlO、AlO、SiO及びSiOが挙げられる。例示的な有機金属錯体としては、Al、Hf、Nb、Re、Si、Sn、Ta、Ti、W又はZrのうちの少なくとも1つが挙げられ、Al、Hf、Nb、Re、Si、Sn、Ta、Ti、W又はZrは、ヘテロ原子(複数可)又は非炭素原子(複数可)(例えば、酸素、窒素、カルコゲン(例えば、硫黄及びセレン)、リン又はハロゲン化物)を通して有機配位子と配位結合を形成する。有機配位子を有する例示的なAl、Hf、Nb、Re、Si、Sn、Ta、Ti、W又はZr錯体は、π結合を介して形成され得る。酸素ヘテロ原子を有する有機配位子としては、ヒドロキシル、エーテル、カルボニル、エステル、カルボキシル、アルデヒド、無水物、環状無水物及びエポキシなどの官能基が挙げられる。窒素ヘテロ原子を有する有機配位子としては、アミン、アミド、イミド、イミン、アジド、アジン、ピロール、ピリジン、ポルフィリン、イソシアネート、カルバメート、カルバミド、スルファメート、スルファミド、アミノ酸及びN−複素環式カーバインなどの官能基が挙げられる。硫黄ヘテロ原子を有する有機配位子、いわゆるチオ配位子としては、官能基(例えば、チオール、チオケトン(チオン又はチオカルボニル)、チアール、チオフェン、ジスルフィド、ポリスルフィド、スルフィミド、スルホキシミド及びスルホンジイミン)が挙げられる。リンヘテロ原子を有する有機配位子としては、官能基(例えば、ホスフィン、ホスファン、ホスファニド及びホスフィニデン)が挙げられる。また、例示的な有機金属錯体としては、Al、Hf、Nb、Re、Si、Sn、Ta、Ti、W又はZrが、ホモ官能性有機配位子又はヘテロ官能性有機配位子のいずれかとの配位結合に関与するホモ及びヘテロ二金属錯体が挙げられる。π配位結合を介して形成されるAl、Hf、Nb、Re、Si、Sn、Ta、Ti、W又はZr有機金属錯体としては、炭素リッチなπ−共役有機配位子(例えば、アレン、アリル、ジエン、カルベン及びアルキニル)が挙げられる。また、Al、Hf、Nb、Re、Si、Sn、Ta、Ti、W又はZr有機金属錯体の例は、キレート、ピンセット分子、ケージ、分子箱、可動性分子、大環状分子、プリズム、ハーフサンドイッチ及び金属−有機骨格(MOF)としても知られている。Al、Hf、Nb、Re、Si、Sn、Ta、Ti、W又はZrのうちの少なくとも1つを含む例示的な有機金属化合物としては、共有結合、イオン結合又は共有結合−イオン結合混合の金属−炭素結合を介してAl、Hf、Nb、Re、Si、Sn、Ta、Ti、W又はZrが有機物に結合している化合物が挙げられる。また、例示的な有機金属化合物は、Al、Hf、Nb、Re、Si、Sn、Ta、Ti、W又はZrの炭素原子に対する共有結合及びヘテロ原子(例えば、酸素、窒素、カルコゲン(例えば、硫黄及びセレン)、リン又はハロゲン化物)を介した有機配位子に対する配位結合のうちの少なくとも2つの組み合わせを含んでよい。安定な有機金属錯体の化学式は、典型的には、18電子則から予測できる。18電子則は、遷移金属の原子価殻が、結合電子対又は非結合電子対のいずれかとして合計18の電子を収容できる9の原子価軌道からなる、という事実に基づく。これら9の原子軌道と、配位子軌道との組み合わせにより、金属−配位子結合又は非結合のいずれかである9の分子軌道が生じる。18電子則は、一般的に、非遷移金属の錯体には適用できない。錯体における配位子によって、18電子則が適用可能か決まる。一般的に、18電子則に従う錯体は、π−アクセプター配位子(π酸としても知られる)から少なくとも部分的に構成される。この種の配位子は、非常に強い配位子場を作り、その結果、得られた分子軌道のエネルギーを低下させ、そして有利なことに、起動を占有する。典型的な配位子としては、オレフィン、ホスフィン及びCOが挙げられる。π酸の錯体は、典型的には、低酸化状態の金属を特徴とする。酸化状態と配位子の性質との関係は、π供与の枠組みで説明される。更なる詳細については、例えば、Organometallic Chemistry of Titanium,Zirconium,and Hafnium,A volume in Organometallic Chemistry:A Series of Monographs 著者:P.C.Wailes,ISBN:978−0−12−730350−5を参照されたい。例示的な炭化物としては、HfC、HfC、NbC、Nb、NbC、ReC、TaC、Ta、TaC、WC、WC、WC、ZrC、Zr、ZrC、TiC、Ti12 クラスター並びに三元化合物である炭化物相(例えば、TiAlC、TiAlC、TiAlC、TiSnC、Al、SnC、SnC及びAl)が挙げられる。例示的なフッ化物としては、ZrF、TiF、TiF、TaF、NbF、NbF、WF、AlF、HfF、CF、CF、(CF)、SnF及びSnFが挙げられる。例示的な窒化物としては、Hf、HfN、ReN、ReN、ReN、NbN、NbN、Nb炭素含有窒化物、TaN、TaN、Ta、Ta、WN、WN、WN、β−C、グラファイト状g−C、Zr及びZrNが挙げられる。例示的な酸炭化物として、Al、Hf、Zr、Ti、Ta、Re、Nb、W及びSnが挙げられる。例示的な酸フッ化物として、Al、Hf、Zr、Ti、Ta、Re、Nb、W及びSnが挙げられる。例示的な酸窒化物として、Al、Hf、Zr、Ti、Ta、Re、Nb、W及びSnが挙げられる。例示的なホウ化物として、ZrB、TiB、TaB、Ta、Ta、TaB、NbB、NbB、WB、WB、AlB、HfB、ReB、CB、SiB、SiB、SiB並びにこれらのホウ素含有窒化物及びホウ素含有炭化物が挙げられる。これらの酸化物、有機金属錯体、炭化物、フッ化物、窒化物、酸炭化物、酸フッ化物及び/又は酸窒化物を含む複合物を含むことは、本開示の範囲内である。 Exemplary oxides include HfO, Hf 2 O 3 , HfO 2 , TaO, Ta 2 O 5 , SnO, SnO 2 , TiO, Ti 2 O 3 , TiO 2 , Ti x O y , ZrO, Zr 2 O. 3 , ZrO 2 , yttria stabilized zirconia (YSZ), W 2 O 3 , WO 3 , ReO 2 , ReO 3 , Re 2 O 3 , Re 2 O 7 , NbO, NbO 2 , Nb 2 O 5 , Al 2 O 3, AlO, Al 2 O, the SiO and SiO 2 and the like. Exemplary organometallic complexes include at least one of Al, Hf, Nb, Re, Si, Sn, Ta, Ti, W, or Zr, including Al, Hf, Nb, Re, Si, Sn, Ta , Ti, W or Zr can be coordinated with the organic ligand through heteroatom (s) or non-carbon atom (s) (eg, oxygen, nitrogen, chalcogen (eg, sulfur and selenium), phosphorus or halide). To form coordinate bonds. Exemplary Al, Hf, Nb, Re, Si, Sn, Ta, Ti, W or Zr complexes with organic ligands can be formed through π bonds. Examples of the organic ligand having an oxygen heteroatom include functional groups such as hydroxyl, ether, carbonyl, ester, carboxyl, aldehyde, anhydride, cyclic anhydride, and epoxy. Examples of organic ligands having nitrogen heteroatoms include amines, amides, imides, imines, azides, azines, pyrroles, pyridines, porphyrins, isocyanates, carbamates, carbamides, sulfamates, sulfamides, amino acids and N-heterocyclic carbaine. A functional group is mentioned. As organic ligands having sulfur heteroatoms, so-called thio ligands, functional groups (eg, thiol, thioketone (thione or thiocarbonyl), thiary, thiophene, disulfide, polysulfide, sulfimide, sulfoximide, and sulfoneimine) can be used. Can be mentioned. Examples of the organic ligand having a phosphorus heteroatom include functional groups (for example, phosphine, phosphane, phosphanide, and phosphinidene). Also, as an exemplary organometallic complex, Al, Hf, Nb, Re, Si, Sn, Ta, Ti, W, or Zr may be either a homofunctional organic ligand or a heterofunctional organic ligand. And homo- and heterobimetallic complexes involved in the coordination bond. Al, Hf, Nb, Re, Si, Sn, Ta, Ti, W, or Zr organometallic complexes formed through π coordination bonds include carbon-rich π-conjugated organic ligands (eg, allene, Allyl, diene, carbene and alkynyl). Examples of Al, Hf, Nb, Re, Si, Sn, Ta, Ti, W or Zr organometallic complexes are chelates, tweezer molecules, cages, molecular boxes, mobile molecules, macrocycles, prisms, half sandwiches And also known as the metal-organic framework (MOF). Exemplary organometallic compounds containing at least one of Al, Hf, Nb, Re, Si, Sn, Ta, Ti, W or Zr include covalent bonds, ionic bonds or covalent-ionic bond mixed metals -A compound in which Al, Hf, Nb, Re, Si, Sn, Ta, Ti, W or Zr is bonded to an organic substance through a carbon bond. Exemplary organometallic compounds also include covalent bonds and heteroatoms (eg, oxygen, nitrogen, chalcogen (eg, sulfur) to carbon atoms of Al, Hf, Nb, Re, Si, Sn, Ta, Ti, W or Zr. And a combination of at least two of the coordination bonds to the organic ligand via selenium, phosphorus or halide). The chemical formula of a stable organometallic complex is typically predictable from the 18 electron rule. The 18-electron rule is based on the fact that the transition metal valence shell consists of 9 valence orbitals that can accommodate a total of 18 electrons, either as bonded or unbonded electron pairs. The combination of these nine atomic orbitals and the ligand orbitals yields nine molecular orbitals that are either metal-ligand bonded or non-bonded. The 18-electron rule is generally not applicable to non-transition metal complexes. The ligand in the complex determines whether the 18 electron rule is applicable. In general, complexes that follow the 18-electron rule are at least partially composed of π-acceptor ligands (also known as π acids). This type of ligand creates a very strong ligand field, thus reducing the energy of the resulting molecular orbitals and advantageously occupying the activation. Typical ligands include olefins, phosphines and CO. The π-acid complex is typically characterized by a low oxidation state metal. The relationship between the oxidation state and the nature of the ligand is explained in the framework of π donation. For further details, see, for example, Organometallic Chemistry of Titanium, Zirconium, and Hafnium, A volume in Organometallic Chemistry: A Series of Monographs. C. See Wales, ISBN: 978-0-12-730350-5. Exemplary carbides include HfC, HfC 2 , Nb 2 C, Nb 4 C 3 , NbC, Re 2 C, TaC, Ta 4 C 3 , Ta 2 C, WC, W 2 C, WC 2 , Zr 2 C , Zr 3 C 2 , Zr 6 C, TiC, Ti 8 C 12 + clusters and carbide phases that are ternary compounds (eg, Ti 3 AlC, Ti 3 AlC 2 , Ti 2 AlC, Ti 2 SnC, Al 4 C 3 , SnC, Sn 2 C and Al 4 C 3 ). Exemplary fluorides include ZrF 4 , TiF 4 , TiF 3 , TaF 5 , NbF 4 , NbF 5 , WF 6 , AlF 3 , HfF 4 , CF, CF x , (CF) x , SnF 2 and SnF 4 Is mentioned. Exemplary nitrides include Hf 3 N 4 , HfN, Re 2 N, Re 3 N, ReN, Nb 2 N, NbN, Nb carbon-containing nitride, TaN, Ta 2 N, Ta 5 N 6 , Ta 3 N 5 , W 2 N, WN, WN 2 , β-C 3 N 4 , graphitic g-C 3 N 4 , Zr 3 N 4 and ZrN can be mentioned. Exemplary acid carbide, Al x O y C z, Hf x O y C z, Zr x O y C z, Ti x O y C z, Ta x O y C z, Re x O y C z, Nb x O y C z, W x O y C z and Sn x O y C z, and the like. Exemplary acid fluoride, Al x O y F z, Hf x O y F z, Zr x O y F z, Ti x O y F z, Ta x O y F z, Re x O y F z, nb x O y F z, W x O y F z and Sn x O y F z, and the like. Exemplary oxynitride, Al x O y N z, Hf x O y N z, Zr x O y N z, Ti x O y N z, Ta x O y N z, Re x O y N z, nb x O y N z, W x O y N z and Sn x O y F z, and the like. Exemplary borides include ZrB 2 , TiB 2 , TaB, Ta 5 B 6 , Ta 3 B 4 , TaB 2 , NbB 2 , NbB, WB, WB 2 , AlB 2 , HfB 2 , ReB 2 , C 4 B , SiB 3 , SiB 4 , SiB 6 and their boron-containing nitrides and boron-containing carbides. It is within the scope of this disclosure to include composites containing these oxides, organometallic complexes, carbides, fluorides, nitrides, oxycarbides, oxyfluorides and / or oxynitrides.

触媒及び触媒担持層をGDLに設ける又は組み込む方法はまた、液相に基づき得る。適切な被覆方法としては、懸濁、電気泳動又は電気化学堆積及び含浸が挙げられる。例えば、スラリーを元にガス分散層をガス供給層上に付着させることができる場合、スラリーは、炭素粒子及びフルオロポリマーバインダーと共に、触媒粒子を含有し得る。更なる詳細については、例えば、Valerie Meilleによる報告である、Applied Catalysis A:General,315,2006年、1〜17を参照されたく、この開示内容は参照によって本明細書に組み込まれる。   The method of providing or incorporating the catalyst and catalyst support layer in the GDL can also be based on the liquid phase. Suitable coating methods include suspension, electrophoresis or electrochemical deposition and impregnation. For example, if the gas dispersion layer can be deposited on the gas supply layer based on the slurry, the slurry can contain catalyst particles along with carbon particles and a fluoropolymer binder. For further details, see, for example, Applied Catalysis A: General, 315, 2006, 1-17, a report by Valerie Maille, the disclosure of which is incorporated herein by reference.

特に3つ以上の元素が組み合されている場合には、1つ又は様々な構造の形式の合金、非晶質域、結晶性域の存在、不在、又は大きさを含む、本明細書で記述されている触媒の結晶構造及び形態的構造は、工程及び製造条件に極めて依存することがあるということが当業者により了解されている。   In this specification, including the presence, absence or size of one or various types of alloys, amorphous regions, crystalline regions, especially when more than two elements are combined It is understood by those skilled in the art that the crystal structure and morphological structure of the described catalyst can be highly dependent on process and manufacturing conditions.

いくつかの実施形態では、触媒の第1の層が、ナノ構造化ウィスカー上に直接堆積される。幾つかの実施形態では、第1の層は、ナノ構造化ウィスカーに共有結合又はイオン結合のうちの少なくとも1つで結合している。いくつかの実施形態では、第1の層は、ナノ構造化ウィスカー上に吸着される。第1の層は、例えば、一様な共形被覆又は分散した不連続のナノ粒子として形成できる。分散しているバラバラの適合したナノ粒子は、例えば、ヘリウムキャリアガスの圧力を制御することによるクラスタービーム蒸着法によって、又は自己組織化によって形成することができる。更なる詳細については、例えば、WanらのSolid State Communications,121,2002年、251〜256又はBruno ChaudretのTop Organomet Chem,2005年、16,233〜259を参照されたく、これらの開示内容は参照によって本明細書に組み込まれる。   In some embodiments, the first layer of catalyst is deposited directly on the nanostructured whiskers. In some embodiments, the first layer is bonded to the nanostructured whisker with at least one of a covalent bond or an ionic bond. In some embodiments, the first layer is adsorbed onto the nanostructured whiskers. The first layer can be formed, for example, as a uniform conformal coating or dispersed discrete nanoparticles. Dispersed, discrete, matched nanoparticles can be formed, for example, by cluster beam deposition by controlling the pressure of the helium carrier gas or by self-assembly. For further details, see, for example, Wan et al., Solid State Communications, 121, 2002, 251-256 or Bruno Chaudret's Top Organome Chem, 2005, 16, 233-259, the disclosures of which are incorporated herein by reference. Is incorporated herein by reference.

いくつかの実施形態では、以下の条件のうちの少なくとも1つが成立する。
(a)酸素発生反応触媒を含む複数の層のうちの少なくとも1つが、1:1以下(いくつかの実施形態では、0.9:1以下、0.8:1以下、0.75:1以下、0.7:1以下、0.6:1以下、0.5:1以下、0.4:1以下、0.3:1以下、0.25:1以下、0.2:1以下であり、又は0.1:1以下の場合や0:1以下の場合さえある)の元素金属酸素発生反応触媒に対する元素金属Ptの比率(即ち、RuOが酸素発生反応触媒である場合、Ru原子の数に対するPt原子の数の比率)を有する、又は
(b)酸素発生反応触媒を含む、第1のガス供給層、第2のガス供給層、任意の第1のガス分散層又は任意の第2のガス分散層のうちの少なくとも1つの上に配置された層のうちの少なくとも1つが、1:1以下(いくつかの実施形態では、0.9:1以下、0.8:1以下、0.75:1以下、0.7:1以下、0.6:1以下、0.5:1以下、0.4:1以下、0.3:1以下、0.25:1以下、0.2:1以下であり、又は0.1:1以下の場合や0:1以下の場合さえある)の元素金属酸素発生反応触媒に対する元素金属Ptの比率を有する。
In some embodiments, at least one of the following conditions is met:
(A) at least one of the plurality of layers comprising the oxygen evolution reaction catalyst is 1: 1 or less (in some embodiments, 0.9: 1 or less, 0.8: 1 or less, 0.75: 1 0.7: 1 or less, 0.6: 1 or less, 0.5: 1 or less, 0.4: 1 or less, 0.3: 1 or less, 0.25: 1 or less, 0.2: 1 or less Or the ratio of the elemental metal Pt to the elemental metal oxygen evolution reaction catalyst of 0.1: 1 or less (or even 0: 1 or less) (ie, RuO 2 is an oxygen evolution reaction catalyst, Ru (A ratio of the number of Pt atoms to the number of atoms), or (b) a first gas supply layer, a second gas supply layer, an optional first gas dispersion layer or an optional oxygen generation reaction catalyst At least one of the layers disposed on at least one of the second gas dispersion layers is 1: 1 or less ( In some embodiments, 0.9: 1 or less, 0.8: 1 or less, 0.75: 1 or less, 0.7: 1 or less, 0.6: 1 or less, 0.5: 1 or less, 0 .4: 1 or less, 0.3: 1 or less, 0.25: 1 or less, 0.2: 1 or less, or 0.1: 1 or less, or even 0: 1 or less) It has the ratio of elemental metal Pt to the metal oxygen evolution reaction catalyst.

本開示の膜電極アセンブリは、以下のうちの少なくとも1つを有する(即ち、以下のうちのいずれか1つ及び任意の組み合わせを有し、ここで、任意の第1及び第2のガス分散層のいずれかが存在する場合、任意の第1及び第2のガス分散層への言及が意図されることを理解されたい)、即ち、
第1のガス供給層の第1主面の上に配置された(例えば、取り付けられた)、酸素発生反応触媒を含む(例えば、少なくとも一部分が存在する)層、
酸素発生反応触媒を含む(例えば、少なくとも一部分が存在し、このことは、層全体への分布を含む)第1のガス供給層、
第1のガス供給層の第2主面の上に配置された(例えば、取り付けられた)、酸素発生反応触媒を含む(例えば、少なくとも一部分が存在し、このことは、層全体への分布を含む)層、
第1のガス供給層と第1のガス分散層との間に配置された、酸素発生反応触媒を含む(例えば、少なくとも一部分が存在し、このことは、層全体への分布を含む)層、
第1のガス分散層の第1主面の上に配置された(例えば、取り付けられた)、酸素発生反応触媒を含む(例えば、少なくとも一部分が存在し、このことは、層全体への分布を含む)層、
酸素発生反応触媒を含む(例えば、少なくとも一部分が存在し、このことは、層全体への分布を含む)第1のガス分散層、
第1のガス分散層の第2主面の上に配置された(例えば、取り付けられた)、酸素発生反応触媒を含む(例えば、少なくとも一部分が存在し、このことは、層全体への分布を含む)層、
第2のガス分散層の第1主面の上に配置された(例えば、取り付けられた)、酸素発生反応触媒を含む(例えば、少なくとも一部分が存在し、このことは、層全体への分布を含む)層、
酸素発生反応触媒を含む(例えば、少なくとも一部分が存在し、このことは、層全体への分布を含む)第2のガス分散層、
第2のガス分散層の第2主面の上に配置された(例えば、取り付けられた)、酸素発生反応触媒を含む(例えば、少なくとも一部分が存在し、このことは、層全体への分布を含む)層、
第2のガス供給層と第2のガス分散層との間に配置された、酸素発生反応触媒を含む(例えば、少なくとも一部分が存在し、このことは、層全体への分布を含む)層、
第2のガス供給層の第1主面の上に配置された(例えば、取り付けられた)、酸素発生反応触媒を含む(例えば、少なくとも一部分が存在し、このことは、層全体への分布を含む)層、
酸素発生反応触媒を含む(例えば、少なくとも一部分が存在し、このことは、層全体への分布を含む)第2のガス供給層、
第2のガス供給層の第2主面の上に配置された(例えば、取り付けられた)、酸素発生反応触媒を含む(例えば、少なくとも一部分が存在し、このことは、層全体への分布を含む)層、のうちの少なくとも1つを有し、
存在する部分の量は、少なくとも0.5マイクログラム/cmであり、いくつかの実施形態では、1マイクログラム/cm、1.5マイクログラム/cm、2マイクログラム/cm、2.5マイクログラム/cm、3マイクログラム/cm又は少なくとも5マイクログラム/cmであり、いくつかの実施形態では、0.5マイクログラム/cm〜100マイクログラム/cmの範囲内、0.5マイクログラム/cm〜75マイクログラム/cmの範囲内、0.5マイクログラム/cm〜50マイクログラム/cmの範囲内、0.5マイクログラム/cm〜25マイクログラム/cmの範囲内、1マイクログラム/cm〜100マイクログラム/cmの範囲内、1マイクログラム/cm〜75マイクログラム/cmの範囲内、1マイクログラム/cm〜50マイクログラム/cmの範囲内、1マイクログラム/cm〜25マイクログラム/cmの範囲内、2マイクログラム/cm〜100マイクログラム/cmの範囲内、2マイクログラム/cm〜75マイクログラム/cmの範囲内、2マイクログラム/cm〜50マイクログラム/cmの範囲内、2マイクログラム/cm〜30マイクログラム/cmの範囲内、2マイクログラム/cm〜25マイクログラム/cmの範囲内又は2マイクログラム/cm〜20マイクログラム/cmの範囲内であり、これは、酸素発生反応触媒の元素金属含有率に基づく。
The membrane electrode assembly of the present disclosure has at least one of the following (ie, any one of the following and any combination thereof, where any first and second gas dispersion layers): It is understood that reference to any first and second gas dispersion layers is intended)
A layer comprising (eg, at least partially) an oxygen evolution reaction catalyst disposed (eg, attached) on a first major surface of the first gas supply layer;
A first gas supply layer comprising an oxygen evolution reaction catalyst (eg, at least partially present, including distribution throughout the layer);
An oxygen generating reaction catalyst is disposed (eg, attached) on (eg, attached to) the second major surface of the first gas supply layer (eg, at least a portion is present, which can reduce distribution throughout the layer). Including) layer,
A layer comprising an oxygen evolution reaction catalyst (eg, at least partially present, including distribution throughout the layer) disposed between the first gas supply layer and the first gas dispersion layer;
An oxygen generating reaction catalyst is disposed (eg, attached) on (eg, attached to) the first major surface of the first gas dispersion layer (eg, there is at least a portion of this that distributes throughout the layer). Including) layer,
A first gas dispersion layer that includes an oxygen evolution reaction catalyst (eg, at least a portion is present, including distribution throughout the layer);
Comprising (eg, attached) an oxygen evolution reaction catalyst disposed (eg, attached) on the second major surface of the first gas dispersion layer (eg, there is at least a portion of this that distributes throughout the layer) Including) layer,
An oxygen generating reaction catalyst is disposed (eg, attached) on (eg, attached to) the first major surface of the second gas dispersion layer (eg, there is at least a portion of this that distributes throughout the layer). Including) layer,
A second gas dispersion layer comprising an oxygen evolution reaction catalyst (eg, at least a portion is present, including distribution throughout the layer);
Comprising (eg, attached) an oxygen generating reaction catalyst disposed (eg, attached) on the second major surface of the second gas dispersion layer (eg, there is at least a portion of this that distributes throughout the layer) Including) layer,
A layer comprising an oxygen evolution reaction catalyst (eg, at least a portion present, including distribution throughout the layer) disposed between the second gas supply layer and the second gas dispersion layer;
An oxygen generating reaction catalyst is disposed (eg, attached) on (eg, attached to) the first major surface of the second gas supply layer (eg, there is at least a portion of this that distributes throughout the layer). Including) layer,
A second gas supply layer comprising an oxygen evolution reaction catalyst (eg, at least a portion present, including distribution throughout the layer);
An oxygen generating reaction catalyst is disposed (eg, attached) on (eg, attached to) the second major surface of the second gas supply layer (eg, there is at least a portion of this that distributes throughout the layer). Including) at least one of the layers,
The amount of moiety present is at least 0.5 microgram / cm 2 , and in some embodiments 1 microgram / cm 2 , 1.5 microgram / cm 2 , 2 microgram / cm 2 , 2 0.5 microgram / cm 2 , 3 microgram / cm 2, or at least 5 microgram / cm 2 , and in some embodiments within the range of 0.5 microgram / cm 2 to 100 microgram / cm 2 , In the range of 0.5 microgram / cm 2 to 75 microgram / cm 2 , in the range of 0.5 microgram / cm 2 to 50 microgram / cm 2 , 0.5 microgram / cm 2 to 25 micro in the range of grams / cm 2, 1 microgram / cm 2 to 100 micrograms / cm in the range of 2, 1 microgram / cm In the range of 75 micrograms / cm 2, 1 microgram / cm 2 to 50 in the range of micrograms / cm 2, 1 microgram / cm 2 to 25 in the range of micrograms / cm 2, 2 microgram / cm Within the range of 2 to 100 microgram / cm 2 , within the range of 2 microgram / cm 2 to 75 microgram / cm 2 , within the range of 2 microgram / cm 2 to 50 microgram / cm 2 , 2 microgram / in the range of cm 2 to 30 microgram / cm 2, in the range of 2 microgram / cm 2 to 25 microgram / cm 2 , or in the range of 2 microgram / cm 2 to 20 microgram / cm 2 , which Is based on the elemental metal content of the oxygen evolution reaction catalyst.

いくつかの実施形態では、少なくとも第1のガス供給層及び/又は第2のガス供給層は、存在する場合、Ptを実質的に含まない(即ち、0.1マイクログラム/cm未満のPtである)。 In some embodiments, at least the first gas supply layer and / or the second gas supply layer, if present, is substantially free of Pt (ie, less than 0.1 microgram / cm 2 of Pt). Is).

予想外にも、酸素発生反応(OER)触媒(例えば、Ru,Ir,RuIr又はこれらの酸化物)と、水素PEM燃料電池のアノード側のPt系水素酸化反応(HOR)触媒又はカソード側のPt系酸素還元反応(ORR)触媒とを物理的に概して隔てることによって、起動/停止又はセルの転極(局所的な燃料欠乏に起因)などのガス切り替え事象に関連する、触媒の耐久性の実質的な改善を達成できることを見出した。本明細書で説明する膜電極アセンブリ(MEA)の更なる利点は、ポリマー電解質膜に接合させるアノード触媒層及びカソード触媒層の選択とは独立に、酸素発生反応触媒を変えることができることである。よって、OER触媒を、炭素担持Pt又はナノ構造化薄膜担持体上のPtなどの様々なHOR触媒層及びORR触媒層を有する、触媒層付電解質膜と共に使用できる。特定のアノード、カソード、担持要件などの具体的な顧客のニーズを満たすように、OER触媒の添着、処理及び性能向上の助剤を調整できる。この手法はまた、ガス供給層若しくはガス分散層上又はガス供給層若しくはガス分散層内のOER触媒を1つのコンポーネントとし、それ以外に別の触媒層が加わる、様々な触媒層付電解質膜(CCM)及びMEA構成を可能にする。   Unexpectedly, an oxygen evolution reaction (OER) catalyst (eg, Ru, Ir, RuIr or an oxide thereof) and a Pt-based hydrogen oxidation reaction (HOR) catalyst on the anode side of a hydrogen PEM fuel cell or Pt on the cathode side The physical durability of the catalyst in relation to gas switching events such as start / stop or cell reversal (due to local fuel depletion) by physically separating it from the system oxygen reduction reaction (ORR) catalyst Has been found to achieve a dramatic improvement. A further advantage of the membrane electrode assembly (MEA) described herein is that the oxygen evolution reaction catalyst can be varied independently of the selection of the anode and cathode catalyst layers to be joined to the polymer electrolyte membrane. Thus, the OER catalyst can be used with an electrolyte membrane with a catalyst layer having various HOR catalyst layers and ORR catalyst layers such as Pt on carbon or Pt on a nanostructured thin film support. OER catalyst loading, processing and performance enhancement aids can be tailored to meet specific customer needs such as specific anode, cathode, loading requirements, and the like. This technique also includes various electrolyte membranes with a catalyst layer (CCM) in which the OER catalyst on the gas supply layer or the gas dispersion layer or in the gas supply layer or the gas dispersion layer is one component and another catalyst layer is added thereto. ) And MEA configuration.

本明細書で説明する膜電極アセンブリは、例えば、電気化学デバイス(例えば、燃料電池)において有用である。   The membrane electrode assemblies described herein are useful, for example, in electrochemical devices (eg, fuel cells).

図2を参照すると、燃料電池2000は、アノード触媒層2300に隣接する第1のガス拡散層(GDL)2103を備える。第1のGDL2103は、図1の第1のガス供給層100を少なくとも備え、場合により、図1の要素101、102、200、201、202、1100、1150、1200、1250又は1300のうちの少なくとも1つを更に備える。隣接するアノード触媒層2300はまた、GDL2103とは反対側において、電解質膜2400に隣接している。電解質膜2400には、カソード触媒層2500が隣接し、カソード触媒層2500には、第2のガス拡散層2703が隣接している。第2のGDL2703は、図1の第2のガス供給層700を少なくとも備え、任意選択的に、図1の要素600、601、602、701、702、1400、1500、1550、1600又は1700のうちの少なくとも1つを更に備える。GDL2103及び2703を拡散体/集電体(DCC)又は流体輸送層(FTL)と呼ぶ場合もある。動作時、水素燃料を燃料電池2000のアノード部分に注入し、第1のガス拡散層2103を通してアノード触媒層2300全体に行き渡らせる。アノード触媒層2300において、水素燃料は、水素イオン(H)と電子(e)とに分けられる。 Referring to FIG. 2, the fuel cell 2000 includes a first gas diffusion layer (GDL) 2103 adjacent to the anode catalyst layer 2300. The first GDL 2103 comprises at least the first gas supply layer 100 of FIG. 1 and, optionally, at least one of the elements 101, 102, 200, 201, 202, 1100, 1150, 1200, 1250 or 1300 of FIG. One is further provided. The adjacent anode catalyst layer 2300 is also adjacent to the electrolyte membrane 2400 on the side opposite to the GDL 2103. A cathode catalyst layer 2500 is adjacent to the electrolyte membrane 2400, and a second gas diffusion layer 2703 is adjacent to the cathode catalyst layer 2500. The second GDL 2703 comprises at least the second gas supply layer 700 of FIG. 1 and, optionally, of the elements 600, 601, 602, 701, 702, 1400, 1500, 1550, 1600 or 1700 of FIG. At least one of the following. GDLs 2103 and 2703 are sometimes referred to as diffusers / current collectors (DCC) or fluid transport layers (FTL). In operation, hydrogen fuel is injected into the anode portion of the fuel cell 2000 and is spread throughout the anode catalyst layer 2300 through the first gas diffusion layer 2103. In the anode catalyst layer 2300, the hydrogen fuel is divided into hydrogen ions (H + ) and electrons (e ).

電解質膜2400は、水素イオン、つまり陽子のみに電解質膜2400を通過させて、燃料電池2000のカソード部分に到達させる。電子は、電解質膜2400を通過することはできないが、その代わりに電流の形で外部電気回路を通じて流れることができる。この電流は、例えば、電動モーター等の電気負荷2800に電力を供給することができ、又は充電式バッテリ等のエネルギー貯蔵装置に向けることができる。   The electrolyte membrane 2400 allows only hydrogen ions, that is, protons, to pass through the electrolyte membrane 2400 and reach the cathode portion of the fuel cell 2000. Electrons cannot pass through the electrolyte membrane 2400, but can instead flow through the external electrical circuit in the form of current. This current can, for example, supply power to an electrical load 2800, such as an electric motor, or can be directed to an energy storage device, such as a rechargeable battery.

第2のガス拡散層2703を介して燃料電池2000のカソード側に酸素が流れ込む。酸素がカソード触媒層2500を通り抜けると、酸素、プロトン及び電子が結合して、水及び熱が発生する。いくつかの実施形態では、アノード触媒層若しくはカソード触媒層又はアノード触媒層とカソード触媒層との両方における燃料電池用触媒は、導電性炭素系材料を含まない(即ち、触媒層は、例えば、ペリレンレッド、フルオロポリマー又はポリオレフィンを含み得る)。
例示的な実施形態
1.
第1のガス供給層(例えば、第1のガス拡散層)と、
任意選択で第1のガス分散層(例えば、第1の微多孔層)と、
第1の触媒を含むアノード触媒層と、
膜と、
第2の触媒を含むカソード触媒層と、
任意選択で第2のガス分散層(例えば、第2の微多孔層)と、
第2のガス供給層(例えば、第2のガス拡散層)と、を順に備え、
第1のガス供給層が、略対向した第1主面と第2主面とを有し、
アノード触媒層が、略対向した第1主面と第2主面とを有し、第1のガス供給層の第2主面が、第1のアノード触媒層の第2主面によりもアノード触媒層の第1主面により近く、
膜が、略対向した第1主面と第2主面とを有し、アノード触媒層の第2主面が、膜の第2主面によりも膜の第1主面により近く、
カソード触媒層が、略対向した第1主面と第2主面とを有し、膜の第2主面が、カソード触媒層の第2主面によりもカソード触媒層の第1主面により近く、
第2のガス供給層が、略対向した第1主面と第2主面とを有し、カソード触媒層の第2主面が、第2のガス供給層の第2主面によりも第2のガス供給層の第1主面により近く、
以下のうちの少なくとも1つが存在する(即ち、以下のうちのいずれか1つ及び任意の組み合わせを有し、ここで、任意の第1及び第2のガス分散層のいずれかが存在する場合、任意の第1及び第2のガス分散層への言及が意図されることを理解されたい)、即ち、
第1のガス供給層の第1主面の上に配置された(例えば、取り付けられた)、酸素発生反応触媒を含む層(例えば、存在する部分の量は、少なくとも0.5マイクログラム/cmであり、いくつかの実施形態では、1マイクログラム/cm、1.5マイクログラム/cm、2マイクログラム/cm、2.5マイクログラム/cm、3マイクログラム/cm又は少なくとも5マイクログラム/cmであり、いくつかの実施形態では、0.5マイクログラム/cm〜100マイクログラム/cmの範囲内、0.5マイクログラム/cm〜75マイクログラム/cmの範囲内、0.5マイクログラム/cm〜50マイクログラム/cmの範囲内、0.5マイクログラム/cm〜25マイクログラム/cmの範囲内、1マイクログラム/cm〜100マイクログラム/cmの範囲内、1マイクログラム/cm〜75マイクログラム/cmの範囲内、1マイクログラム/cm〜50マイクログラム/cmの範囲内、1マイクログラム/cm〜25マイクログラム/cmの範囲内、2マイクログラム/cm〜100マイクログラム/cmの範囲内、2マイクログラム/cm〜75マイクログラム/cmの範囲内、2マイクログラム/cm〜50マイクログラム/cmの範囲内、2マイクログラム/cm〜30マイクログラム/cmの範囲内、2マイクログラム/cm〜25マイクログラム/cmの範囲内又は2マイクログラム/cm〜20マイクログラム/cmの範囲内であり、これは、酸素発生反応触媒の元素金属含有率に基づく)、
酸素発生反応触媒を含む第1のガス供給層(例えば、存在する部分の量は、少なくとも0.5マイクログラム/cmであり、いくつかの実施形態では、1マイクログラム/cm、1.5マイクログラム/cm、2マイクログラム/cm、2.5マイクログラム/cm、3マイクログラム/cm又は少なくとも5マイクログラム/cmであり、いくつかの実施形態では、0.5マイクログラム/cm〜100マイクログラム/cmの範囲内、0.5マイクログラム/cm〜75マイクログラム/cmの範囲内、0.5マイクログラム/cm〜50マイクログラム/cmの範囲内、0.5マイクログラム/cm〜25マイクログラム/cmの範囲内、1マイクログラム/cm〜100マイクログラム/cmの範囲内、1マイクログラム/cm〜75マイクログラム/cmの範囲内、1マイクログラム/cm〜50マイクログラム/cmの範囲内、1マイクログラム/cm〜25マイクログラム/cmの範囲内、2マイクログラム/cm〜100マイクログラム/cmの範囲内、2マイクログラム/cm〜75マイクログラム/cmの範囲内、2マイクログラム/cm〜50マイクログラム/cmの範囲内、2マイクログラム/cm〜30マイクログラム/cmの範囲内、2マイクログラム/cm〜25マイクログラム/cmの範囲内又は2マイクログラム/cm〜20マイクログラム/cmの範囲内であり、これは、酸素発生反応触媒の元素金属含有率に基づく)、
第1のガス供給層の第2主面の上に配置された(例えば、取り付けられた)、酸素発生反応触媒を含む層(例えば、存在する部分の量は、少なくとも0.5マイクログラム/cmであり、いくつかの実施形態では、1マイクログラム/cm、1.5マイクログラム/cm、2マイクログラム/cm、2.5マイクログラム/cm、3マイクログラム/cm又は少なくとも5マイクログラム/cmであり、いくつかの実施形態では、0.5マイクログラム/cm〜100マイクログラム/cmの範囲内、0.5マイクログラム/cm〜75マイクログラム/cmの範囲内、0.5マイクログラム/cm〜50マイクログラム/cmの範囲内、0.5マイクログラム/cm〜25マイクログラム/cmの範囲内、1マイクログラム/cm〜100マイクログラム/cmの範囲内、1マイクログラム/cm〜75マイクログラム/cmの範囲内、1マイクログラム/cm〜50マイクログラム/cmの範囲内、1マイクログラム/cm〜25マイクログラム/cmの範囲内、2マイクログラム/cm〜100マイクログラム/cmの範囲内、2マイクログラム/cm〜75マイクログラム/cmの範囲内、2マイクログラム/cm〜50マイクログラム/cmの範囲内、2マイクログラム/cm〜30マイクログラム/cmの範囲内、2マイクログラム/cm〜25マイクログラム/cmの範囲内又は2マイクログラム/cm〜20マイクログラム/cmの範囲内であり、これは、酸素発生反応触媒の元素金属含有率に基づく)、
第1のガス供給層と第1のガス分散層との間に配置された、酸素発生反応触媒を含む層(例えば、存在する部分の量は、少なくとも0.5マイクログラム/cmであり、いくつかの実施形態では、1マイクログラム/cm、1.5マイクログラム/cm、2マイクログラム/cm、2.5マイクログラム/cm、3マイクログラム/cm又は少なくとも5マイクログラム/cmであり、いくつかの実施形態では、0.5マイクログラム/cm〜100マイクログラム/cmの範囲内、0.5マイクログラム/cm〜75マイクログラム/cmの範囲内、0.5マイクログラム/cm〜50マイクログラム/cmの範囲内、0.5マイクログラム/cm〜25マイクログラム/cmの範囲内、1マイクログラム/cm〜100マイクログラム/cmの範囲内、1マイクログラム/cm〜75マイクログラム/cmの範囲内、1マイクログラム/cm〜50マイクログラム/cmの範囲内、1マイクログラム/cm〜25マイクログラム/cmの範囲内、2マイクログラム/cm〜100マイクログラム/cmの範囲内、2マイクログラム/cm〜75マイクログラム/cmの範囲内、2マイクログラム/cm〜50マイクログラム/cmの範囲内、2マイクログラム/cm〜30マイクログラム/cmの範囲内、2マイクログラム/cm〜25マイクログラム/cmの範囲内又は2マイクログラム/cm〜20マイクログラム/cmの範囲内であり、これは、酸素発生反応触媒の元素金属含有率に基づく)、
第1のガス分散層の第1主面の上に配置された(例えば、取り付けられた)、酸素発生反応触媒を含む層(例えば、存在する部分の量は、少なくとも0.5マイクログラム/cmであり、いくつかの実施形態では、1マイクログラム/cm、1.5マイクログラム/cm、2マイクログラム/cm、2.5マイクログラム/cm、3マイクログラム/cm又は少なくとも5マイクログラム/cmであり、いくつかの実施形態では、0.5マイクログラム/cm〜100マイクログラム/cmの範囲内、0.5マイクログラム/cm〜75マイクログラム/cmの範囲内、0.5マイクログラム/cm〜50マイクログラム/cmの範囲内、0.5マイクログラム/cm〜25マイクログラム/cmの範囲内、1マイクログラム/cm〜100マイクログラム/cmの範囲内、1マイクログラム/cm〜75マイクログラム/cmの範囲内、1マイクログラム/cm〜50マイクログラム/cmの範囲内、1マイクログラム/cm〜25マイクログラム/cmの範囲内、2マイクログラム/cm〜100マイクログラム/cmの範囲内、2マイクログラム/cm〜75マイクログラム/cmの範囲内、2マイクログラム/cm〜50マイクログラム/cmの範囲内、2マイクログラム/cm〜30マイクログラム/cmの範囲内、2マイクログラム/cm〜25マイクログラム/cmの範囲内又は2マイクログラム/cm〜20マイクログラム/cmの範囲内であり、これは、酸素発生反応触媒の元素金属含有率に基づく)、
酸素発生反応触媒を含む第1のガス分散層(例えば、存在する部分の量は、少なくとも0.5マイクログラム/cmであり、いくつかの実施形態では、1マイクログラム/cm、1.5マイクログラム/cm、2マイクログラム/cm、2.5マイクログラム/cm、3マイクログラム/cm又は少なくとも5マイクログラム/cmであり、いくつかの実施形態では、0.5マイクログラム/cm〜100マイクログラム/cmの範囲内、0.5マイクログラム/cm〜75マイクログラム/cmの範囲内、0.5マイクログラム/cm〜50マイクログラム/cmの範囲内、0.5マイクログラム/cm〜25マイクログラム/cmの範囲内、1マイクログラム/cm〜100マイクログラム/cmの範囲内、1マイクログラム/cm〜75マイクログラム/cmの範囲内、1マイクログラム/cm〜50マイクログラム/cmの範囲内、1マイクログラム/cm〜25マイクログラム/cmの範囲内、2マイクログラム/cm〜100マイクログラム/cmの範囲内、2マイクログラム/cm〜75マイクログラム/cmの範囲内、2マイクログラム/cm〜50マイクログラム/cmの範囲内、2マイクログラム/cm〜30マイクログラム/cmの範囲内、2マイクログラム/cm〜25マイクログラム/cmの範囲内又は2マイクログラム/cm〜20マイクログラム/cmの範囲内であり、これは、酸素発生反応触媒の元素金属含有率に基づく)、
第1のガス分散層の第2主面の上に配置された(例えば、取り付けられた)、酸素発生反応触媒を含む層(例えば、存在する部分の量は、少なくとも0.5マイクログラム/cmであり、いくつかの実施形態では、1マイクログラム/cm、1.5マイクログラム/cm、2マイクログラム/cm、2.5マイクログラム/cm、3マイクログラム/cm又は少なくとも5マイクログラム/cmであり、いくつかの実施形態では、0.5マイクログラム/cm〜100マイクログラム/cmの範囲内、0.5マイクログラム/cm〜75マイクログラム/cmの範囲内、0.5マイクログラム/cm〜50マイクログラム/cmの範囲内、0.5マイクログラム/cm〜25マイクログラム/cmの範囲内、1マイクログラム/cm〜100マイクログラム/cmの範囲内、1マイクログラム/cm〜75マイクログラム/cmの範囲内、1マイクログラム/cm〜50マイクログラム/cmの範囲内、1マイクログラム/cm〜25マイクログラム/cmの範囲内、2マイクログラム/cm〜100マイクログラム/cmの範囲内、2マイクログラム/cm〜75マイクログラム/cmの範囲内、2マイクログラム/cm〜50マイクログラム/cmの範囲内、2マイクログラム/cm〜30マイクログラム/cmの範囲内、2マイクログラム/cm〜25マイクログラム/cmの範囲内又は2マイクログラム/cm〜20マイクログラム/cmの範囲内であり、これは、酸素発生反応触媒の元素金属含有率に基づく)、
第2のガス分散層の第1主面の上に配置された(例えば、取り付けられた)、酸素発生反応触媒を含む層(例えば、存在する部分の量は、少なくとも0.5マイクログラム/cmであり、いくつかの実施形態では、1マイクログラム/cm、1.5マイクログラム/cm、2マイクログラム/cm、2.5マイクログラム/cm、3マイクログラム/cm又は少なくとも5マイクログラム/cmであり、いくつかの実施形態では、0.5マイクログラム/cm〜100マイクログラム/cmの範囲内、0.5マイクログラム/cm〜75マイクログラム/cmの範囲内、0.5マイクログラム/cm〜50マイクログラム/cmの範囲内、0.5マイクログラム/cm〜25マイクログラム/cmの範囲内、1マイクログラム/cm〜100マイクログラム/cmの範囲内、1マイクログラム/cm〜75マイクログラム/cmの範囲内、1マイクログラム/cm〜50マイクログラム/cmの範囲内、1マイクログラム/cm〜25マイクログラム/cmの範囲内、2マイクログラム/cm〜100マイクログラム/cmの範囲内、2マイクログラム/cm〜75マイクログラム/cmの範囲内、2マイクログラム/cm〜50マイクログラム/cmの範囲内、2マイクログラム/cm〜30マイクログラム/cmの範囲内、2マイクログラム/cm〜25マイクログラム/cmの範囲内又は2マイクログラム/cm〜20マイクログラム/cmの範囲内であり、これは、酸素発生反応触媒の元素金属含有率に基づく)、
酸素発生反応触媒を含む第2のガス分散層(例えば、存在する部分の量は、少なくとも0.5マイクログラム/cmであり、いくつかの実施形態では、1マイクログラム/cm、1.5マイクログラム/cm、2マイクログラム/cm、2.5マイクログラム/cm、3マイクログラム/cm又は少なくとも5マイクログラム/cmであり、いくつかの実施形態では、0.5マイクログラム/cm〜100マイクログラム/cmの範囲内、0.5マイクログラム/cm〜75マイクログラム/cmの範囲内、0.5マイクログラム/cm〜50マイクログラム/cmの範囲内、0.5マイクログラム/cm〜25マイクログラム/cmの範囲内、1マイクログラム/cm〜100マイクログラム/cmの範囲内、1マイクログラム/cm〜75マイクログラム/cmの範囲内、1マイクログラム/cm〜50マイクログラム/cmの範囲内、1マイクログラム/cm〜25マイクログラム/cmの範囲内、2マイクログラム/cm〜100マイクログラム/cmの範囲内、2マイクログラム/cm〜75マイクログラム/cmの範囲内、2マイクログラム/cm〜50マイクログラム/cmの範囲内、2マイクログラム/cm〜30マイクログラム/cmの範囲内、2マイクログラム/cm〜25マイクログラム/cmの範囲内又は2マイクログラム/cm〜20マイクログラム/cmの範囲内であり、これは、酸素発生反応触媒の元素金属含有率に基づく)、
第2のガス分散層の第2主面の上に配置された(例えば、取り付けられた)、酸素発生反応触媒を含む層(例えば、存在する部分の量は、少なくとも0.5マイクログラム/cmであり、いくつかの実施形態では、1マイクログラム/cm、1.5マイクログラム/cm、2マイクログラム/cm、2.5マイクログラム/cm、3マイクログラム/cm又は少なくとも5マイクログラム/cmであり、いくつかの実施形態では、0.5マイクログラム/cm〜100マイクログラム/cmの範囲内、0.5マイクログラム/cm〜75マイクログラム/cmの範囲内、0.5マイクログラム/cm〜50マイクログラム/cmの範囲内、0.5マイクログラム/cm〜25マイクログラム/cmの範囲内、1マイクログラム/cm〜100マイクログラム/cmの範囲内、1マイクログラム/cm〜75マイクログラム/cmの範囲内、1マイクログラム/cm〜50マイクログラム/cmの範囲内、1マイクログラム/cm〜25マイクログラム/cmの範囲内、2マイクログラム/cm〜100マイクログラム/cmの範囲内、2マイクログラム/cm〜75マイクログラム/cmの範囲内、2マイクログラム/cm〜50マイクログラム/cmの範囲内、2マイクログラム/cm〜30マイクログラム/cmの範囲内、2マイクログラム/cm〜25マイクログラム/cmの範囲内又は2マイクログラム/cm〜20マイクログラム/cmの範囲内であり、これは、酸素発生反応触媒の元素金属含有率に基づく)、
第2のガス供給層と第2のガス分散層との間に配置された、酸素発生反応触媒を含む層(例えば、存在する部分の量は、少なくとも0.5マイクログラム/cmであり、いくつかの実施形態では、1マイクログラム/cm、1.5マイクログラム/cm、2マイクログラム/cm、2.5マイクログラム/cm、3マイクログラム/cm又は少なくとも5マイクログラム/cmであり、いくつかの実施形態では、0.5マイクログラム/cm〜100マイクログラム/cmの範囲内、0.5マイクログラム/cm〜75マイクログラム/cmの範囲内、0.5マイクログラム/cm〜50マイクログラム/cmの範囲内、0.5マイクログラム/cm〜25マイクログラム/cmの範囲内、1マイクログラム/cm〜100マイクログラム/cmの範囲内、1マイクログラム/cm〜75マイクログラム/cmの範囲内、1マイクログラム/cm〜50マイクログラム/cmの範囲内、1マイクログラム/cm〜25マイクログラム/cmの範囲内、2マイクログラム/cm〜100マイクログラム/cmの範囲内、2マイクログラム/cm〜75マイクログラム/cmの範囲内、2マイクログラム/cm〜50マイクログラム/cmの範囲内、2マイクログラム/cm〜30マイクログラム/cmの範囲内、2マイクログラム/cm〜25マイクログラム/cmの範囲内又は2マイクログラム/cm〜20マイクログラム/cmの範囲内であり、これは、酸素発生反応触媒の元素金属含有率に基づく)、
第2のガス分散層の第1主面の上に配置された(例えば、取り付けられた)、酸素発生反応触媒を含む層(例えば、存在する部分の量は、少なくとも0.5マイクログラム/cmであり、いくつかの実施形態では、1マイクログラム/cm、1.5マイクログラム/cm、2マイクログラム/cm、2.5マイクログラム/cm、3マイクログラム/cm又は少なくとも5マイクログラム/cmであり、いくつかの実施形態では、0.5マイクログラム/cm〜100マイクログラム/cmの範囲内、0.5マイクログラム/cm〜75マイクログラム/cmの範囲内、0.5マイクログラム/cm〜50マイクログラム/cmの範囲内、0.5マイクログラム/cm〜25マイクログラム/cmの範囲内、1マイクログラム/cm〜100マイクログラム/cmの範囲内、1マイクログラム/cm〜75マイクログラム/cmの範囲内、1マイクログラム/cm〜50マイクログラム/cmの範囲内、1マイクログラム/cm〜25マイクログラム/cmの範囲内、2マイクログラム/cm〜100マイクログラム/cmの範囲内、2マイクログラム/cm〜75マイクログラム/cmの範囲内、2マイクログラム/cm〜50マイクログラム/cmの範囲内、2マイクログラム/cm〜30マイクログラム/cmの範囲内、2マイクログラム/cm〜25マイクログラム/cmの範囲内又は2マイクログラム/cm〜20マイクログラム/cmの範囲内であり、これは、酸素発生反応触媒の元素金属含有率に基づく)、
酸素発生反応触媒を含む第2のガス供給層(例えば、存在する部分の量は、少なくとも0.5マイクログラム/cmであり、いくつかの実施形態では、1マイクログラム/cm、1.5マイクログラム/cm、2マイクログラム/cm、2.5マイクログラム/cm、3マイクログラム/cm又は少なくとも5マイクログラム/cmであり、いくつかの実施形態では、0.5マイクログラム/cm〜100マイクログラム/cmの範囲内、0.5マイクログラム/cm〜75マイクログラム/cmの範囲内、0.5マイクログラム/cm〜50マイクログラム/cmの範囲内、0.5マイクログラム/cm〜25マイクログラム/cmの範囲内、1マイクログラム/cm〜100マイクログラム/cmの範囲内、1マイクログラム/cm〜75マイクログラム/cmの範囲内、1マイクログラム/cm〜50マイクログラム/cmの範囲内、1マイクログラム/cm〜25マイクログラム/cmの範囲内、2マイクログラム/cm〜100マイクログラム/cmの範囲内、2マイクログラム/cm〜75マイクログラム/cmの範囲内、2マイクログラム/cm〜50マイクログラム/cmの範囲内、2マイクログラム/cm〜30マイクログラム/cmの範囲内、2マイクログラム/cm〜25マイクログラム/cmの範囲内又は2マイクログラム/cm〜20マイクログラム/cmの範囲内であり、これは、酸素発生反応触媒の元素金属含有率に基づく)、
第2のガス分散層の第2主面の上に配置された(例えば、取り付けられた)、酸素発生反応触媒を含む層(例えば、存在する部分の量は、少なくとも0.5マイクログラム/cmであり、いくつかの実施形態では、1マイクログラム/cm、1.5マイクログラム/cm、2マイクログラム/cm、2.5マイクログラム/cm、3マイクログラム/cm又は少なくとも5マイクログラム/cmであり、いくつかの実施形態では、0.5マイクログラム/cm〜100マイクログラム/cmの範囲内、0.5マイクログラム/cm〜75マイクログラム/cmの範囲内、0.5マイクログラム/cm〜50マイクログラム/cmの範囲内、0.5マイクログラム/cm〜25マイクログラム/cmの範囲内、1マイクログラム/cm〜100マイクログラム/cmの範囲内、1マイクログラム/cm〜75マイクログラム/cmの範囲内、1マイクログラム/cm〜50マイクログラム/cmの範囲内、1マイクログラム/cm〜25マイクログラム/cmの範囲内、2マイクログラム/cm〜100マイクログラム/cmの範囲内、2マイクログラム/cm〜75マイクログラム/cmの範囲内、2マイクログラム/cm〜50マイクログラム/cmの範囲内、2マイクログラム/cm〜30マイクログラム/cmの範囲内、2マイクログラム/cm〜25マイクログラム/cmの範囲内又は2マイクログラム/cm〜20マイクログラム/cmの範囲内であり、これは、酸素発生反応触媒の元素金属含有率に基づく)、のうちの少なくとも1つが存在する、膜電極アセンブリ。
2.アノード触媒層が、
(a)元素Au、Co、Fe、Ir、Mn、Ni、Os、Pd、Pt、Rh若しくはRuのうちの少なくとも1つ、
(b)Au、Co、Fe、Ir、Mn、Ni、Os、Pd、Pt、Rh若しくはRuのうちの少なくとも1つを含む、少なくとも1つの合金、
(c)Au、Co、Fe、Ir、Mn、Ni、Os、Pd、Pt、Rh若しくはRuのうちの少なくとも1つを含む、少なくとも1つの複合物、
(d)Au、Co、Fe、Ir、Mn、Ni、Os、Pd、Pt、Rh若しくはRuのうちの少なくとも1つの、少なくとも1つの酸化物、水和酸化物若しくは水酸化物、
(e)Au、Co、Fe、Ir、Mn、Ni、Os、Pd、Pt、Rh若しくはRuのうちの少なくとも1つの、少なくとも1つの有機金属錯体、
(f)Au、Co、Fe、Ir、Mn、Ni、Os、Pd、Pt、Rh若しくはRuのうちの少なくとも1つの、少なくとも1つの炭化物、
(g)Au、Co、Fe、Ir、Mn、Ni、Os、Pd、Pt、Rh若しくはRuのうちの少なくとも1つの、少なくとも1つのフッ化物、
(h)Au、Co、Fe、Ir、Mn、Ni、Os、Pd、Pt、Rh若しくはRuのうちの少なくとも1つの、少なくとも1つの窒化物、
(i)Au、Co、Fe、Ir、Mn、Ni、Os、Pd、Pt、Rh若しくはRuのうちの少なくとも1つの、少なくとも1つのホウ化物、
(j)Au、Co、Fe、Ir、Mn、Ni、Os、Pd、Pt、Rh若しくはRuのうちの少なくとも1つの、少なくとも1つの酸炭化物、
(k)Au、Co、Fe、Ir、Mn、Ni、Os、Pd、Pt、Rh若しくはRuのうちの少なくとも1つの、少なくとも1つの酸フッ化物、
(l)Au、Co、Fe、Ir、Mn、Ni、Os、Pd、Pt、Rh若しくはRuのうちの少なくとも1つの、少なくとも1つの酸窒化物、又は
(m)Au、Co、Fe、Ir、Mn、Ni、Os、Pd、Pt、Rh若しくはRuのうちの少なくとも1つの、少なくとも1つの酸ホウ化物、のうちの少なくとも1つを含む、例示的な実施形態1に記載の膜電極アセンブリ。
3.アノード触媒層が、
(a’)元素Al、炭素、Hf、Nb、Re、Si、Sn、Ta、Ti、W若しくはZrのうちの少なくとも1つ、
(b’)Al、炭素、Hf、Nb、Re、Si、Sn、Ta、Ti、W若しくはZrのうちの少なくとも1つを含む、少なくとも1つの合金、
(c’)Al、炭素、Hf、Nb、Re、Si、Sn、Ta、Ti、W若しくはZrのうちの少なくとも1つを含む、少なくとも1つの複合物、
(d’)Al、Hf、Nb、Re、Si、Sn、Ta、Ti、W若しくはZrのうちの少なくとも1つの、少なくとも1つの酸化物、
(e’)Al、Hf、Nb、Re、Si、Sn、Ta、Ti、W若しくはZrのうちの少なくとも1つの、少なくとも1つの有機金属錯体、
(f’)Al、Hf、Nb、Re、Si、Sn、Ta、Ti、W若しくはZrのうちの少なくとも1つの、少なくとも1つの炭化物、
(g’)Al、炭素、Hf、Nb、Re、Si、Sn、Ta、Ti、W若しくはZrのうちの少なくとも1つの、少なくとも1つのフッ化物、
(h’)Al、炭素、Hf、Nb、Re、Si、Sn、Ta、Ti、W若しくはZrのうちの少なくとも1つの、少なくとも1つの窒化物、
(i’)Al、Hf、Nb、Re、Si、Sn、Ta、Ti、W若しくはZrのうちの少なくとも1つの、少なくとも1つの酸炭化物、
(j’)Al、Hf、Nb、Re、Si、Sn、Ta、Ti、W若しくはZrのうちの少なくとも1つの、少なくとも1つの酸フッ化物、
(k’)Al、炭素、Hf、Nb、Re、Si、Sn、Ta、Ti、W若しくはZrのうちの少なくとも1つの、少なくとも1つの酸窒化物、
(l’)Al、炭素、Hf、Nb、Re、Si、Sn、Ta、Ti、W若しくはZrのうちの少なくとも1つの、少なくとも1つのホウ化物、又は
(m’)Al、Hf、Nb、Re、Si、Sn、Ta、Ti、W若しくはZrのうちの少なくとも1つの、少なくとも1つの酸ホウ化物、のうちの少なくとも1つを含む、例示的な実施形態1又は2に記載の膜電極アセンブリ。
4.アノード触媒層が、触媒が付着したナノ構造化ウィスカーを含む、例示的な実施形態1〜3のいずれか1つに記載の膜電極アセンブリ。
5.カソード触媒層が、
(a’’)元素Au、Co、Fe、Ir、Mn、Ni、Os、Pd、Pt、Rh若しくはRuのうちの少なくとも1つ、
(b’’)Au、Co、Fe、Ir、Mn、Ni、Os、Pd、Pt、Rh若しくはRuのうちの少なくとも1つを含む、少なくとも1つの合金、
(c’’)Au、Co、Fe、Ir、Mn、Ni、Os、Pd、Pt、Rh若しくはRuのうちの少なくとも1つを含む、少なくとも1つの複合物、
(d’’)Au、Co、Fe、Ir、Mn、Ni、Os、Pd、Pt、Rh若しくはRuのうちの少なくとも1つの、少なくとも1つの酸化物、
(e’’)Au、Co、Fe、Ir、Mn、Ni、Os、Pd、Pt、Rh若しくはRuのうちの少なくとも1つの、少なくとも1つの有機金属錯体、
(f’’)Au、Co、Fe、Ir、Mn、Ni、Os、Pd、Pt、Rh若しくはRuのうちの少なくとも1つの、少なくとも1つの炭化物、
(g’’)Au、Co、Fe、Ir、Mn、Ni、Os、Pd、Pt、Rh若しくはRuのうちの少なくとも1つの、少なくとも1つのフッ化物、
(h’’)Au、Co、Fe、Ir、Mn、Ni、Os、Pd、Pt、Rh若しくはRuのうちの少なくとも1つの、少なくとも1つの窒化物、
(i’’)Au、Co、Fe、Ir、Mn、Ni、Os、Pd、Pt、Rh若しくはRuのうちの少なくとも1つの、少なくとも1つのホウ化物、
(j’’)Au、Co、Fe、Ir、Mn、Ni、Os、Pd、Pt、Rh若しくはRuのうちの少なくとも1つの、少なくとも1つの酸炭化物、
(k’’)Au、Co、Fe、Ir、Mn、Ni、Os、Pd、Pt、Rh若しくはRuのうちの少なくとも1つの、少なくとも1つの酸フッ化物、
(l’’)Au、Co、Fe、Ir、Mn、Ni、Os、Pd、Pt、Rh若しくはRuのうちの少なくとも1つの、少なくとも1つの酸窒化物、又は
(m’’)Au、Co、Fe、Ir、Mn、Ni、Os、Pd、Pt、Rh若しくはRuのうちの少なくとも1つの、少なくとも1つの酸ホウ化物、のうちの少なくとも1つを含む、例示的な実施形態1〜4のいずれか1つに記載の膜電極アセンブリ。
6.カソード触媒層が、
(a’’’)元素Al、炭素、Hf、Nb、Re、Si、Sn、Ta、Ti、W若しくはZrのうちの少なくとも1つ、
(b’’’)Al、炭素、Hf、Nb、Re、Si、Sn、Ta、Ti、W若しくはZrのうちの少なくとも1つを含む、少なくとも1つの合金、
(c’’’)Al、炭素、Hf、Nb、Re、Si、Sn、Ta、Ti、W若しくはZrのうちの少なくとも1つを含む、少なくとも1つの複合物、
(d’’’)Al、Hf、Nb、Re、Si、Sn、Ta、Ti、W若しくはZrのうちの少なくとも1つの、少なくとも1つの酸化物、
(e’’’)Al、Hf、Nb、Re、Si、Sn、Ta、Ti、W若しくはZrのうちの少なくとも1つの、少なくとも1つの有機金属錯体、
(f’’’)Al、Hf、Nb、Re、Si、Sn、Ta、Ti、W若しくはZrのうちの少なくとも1つの、少なくとも1つの炭化物、
(g’’’)Al、炭素、Hf、Nb、Re、Si、Sn、Ta、Ti、W若しくはZrのうちの少なくとも1つの、少なくとも1つのフッ化物、
(h’’’)Al、炭素、Hf、Nb、Re、Si、Sn、Ta、Ti、W若しくはZrのうちの少なくとも1つの、少なくとも1つの窒化物、
(i’’’)Al、Hf、Nb、Re、Si、Sn、Ta、Ti、W若しくはZrのうちの少なくとも1つの、少なくとも1つの酸炭化物、
(j’’’)Al、Hf、Nb、Re、Si、Sn、Ta、Ti、W若しくはZrのうちの少なくとも1つの、少なくとも1つの酸フッ化物、
(k’’’)Al、炭素、Hf、Nb、Re、Si、Sn、Ta、Ti、W若しくはZrのうちの少なくとも1つの、少なくとも1つの酸窒化物、
(l’’’)Al、炭素、Hf、Nb、Re、Si、Sn、Ta、Ti、W若しくはZrのうちの少なくとも1つの、少なくとも1つのホウ化物、又は
(m’’’)Al、Hf、Nb、Re、Si、Sn、Ta、Ti、W若しくはZrのうちの少なくとも1つの、少なくとも1つの酸ホウ化物、のうちの少なくとも1つを含む、例示的な実施形態1から5のいずれか1つに記載の膜電極アセンブリ。
7.カソード触媒層が、触媒が付着したナノ構造化ウィスカーを含む、例示的な実施形態1〜6のいずれか1つに記載の膜電極アセンブリ。
8.膜電極アセンブリが、以下の条件、即ち、
(a)酸素発生反応触媒を含む複数の層のうちの少なくとも1つが、1:1以下(いくつかの実施形態では、0.9:1以下、0.8:1以下、0.75:1以下、0.7:1以下、0.6:1以下、0.5:1以下、0.4:1以下、0.3:1以下、0.25:1以下、0.2:1以下であり、又は0.1:1以下の場合や0:1以下の場合さえある)の元素金属酸素発生反応触媒に対する元素金属Ptの比率(即ち、RuOが酸素発生反応触媒である場合、Ru原子の数に対するPt原子の数の比率)を有する、又は
(b)酸素発生反応触媒を含む、第1のガス供給層、第2のガス供給層、任意選択の第1のガス分散層又は任意選択の第2のガス分散層のうちの少なくとも1つの上に配置された層のうちの少なくとも1つが、1:1以下(いくつかの実施形態では、0.9:1以下、0.8:1以下、0.75:1以下、0.7:1以下、0.6:1以下、0.5:1以下、0.4:1以下、0.3:1以下、0.25:1以下、0.2:1以下であり、又は0.1:1以下の場合や0:1以下の場合さえある)の元素金属酸素発生反応触媒に対する元素金属Ptの比率を有する、という条件のうちの少なくとも1つを満たす、例示的な実施形態1から7のいずれか1つに記載の膜電極アセンブリ。
9.第1のガス分散層が、略対向した第1主面と第2主面とを有し、第1のガス供給層の第2主面が、第1のガス分散層の第2主面によりも第1のガス分散層の第1主面により近い、例示的な実施形態1〜8のいずれか1つに記載の膜電極アセンブリ。
10.第1のガス供給層が、Ptを実質的に含まない(即ち、0.1マイクログラム/cm未満のPtである)、例示的な実施形態9に記載の膜電極アセンブリ。
11.第2のガス分散層が、略対向した第1主面と第2主面とを有し、カソード触媒層の第2主面が、第2のガス分散層の第2主面によりも第2のガス分散層の第1主面により近い、例示的な実施形態1〜10のいずれか1つに記載の膜電極アセンブリ。
12.第2のガス供給層が、Ptを実質的に含まない(即ち、0.1マイクログラム/cm未満)、例示的な実施形態11に記載の膜電極アセンブリ。
13.例示的な実施形態1〜12のうちのいずれか1つに記載の膜電極アセンブリのうちの少なくとも1つを備える、電気化学デバイス。
14.電気化学デバイスが、燃料電池である、例示的な実施形態13に記載の電気化学デバイス。
Oxygen flows into the cathode side of the fuel cell 2000 through the second gas diffusion layer 2703. When oxygen passes through the cathode catalyst layer 2500, oxygen, protons, and electrons are combined to generate water and heat. In some embodiments, the fuel cell catalyst in the anode catalyst layer or the cathode catalyst layer or in both the anode catalyst layer and the cathode catalyst layer does not include a conductive carbonaceous material (ie, the catalyst layer is, for example, perylene. Red, fluoropolymer or polyolefin).
Exemplary Embodiment
1.
A first gas supply layer (eg, a first gas diffusion layer);
Optionally a first gas dispersion layer (eg, a first microporous layer);
An anode catalyst layer comprising a first catalyst;
A membrane,
A cathode catalyst layer comprising a second catalyst;
Optionally a second gas dispersion layer (eg, a second microporous layer);
A second gas supply layer (for example, a second gas diffusion layer) in order,
The first gas supply layer has a first main surface and a second main surface that are substantially opposed to each other,
The anode catalyst layer has a first main surface and a second main surface that are substantially opposed to each other, and the second main surface of the first gas supply layer is more anode catalyst than the second main surface of the first anode catalyst layer. Closer to the first major surface of the layer,
The membrane has a first major surface and a second major surface that are substantially opposed, wherein the second major surface of the anode catalyst layer is closer to the first major surface of the membrane than the second major surface of the membrane;
The cathode catalyst layer has a first main surface and a second main surface substantially opposed to each other, and the second main surface of the membrane is closer to the first main surface of the cathode catalyst layer than to the second main surface of the cathode catalyst layer. ,
The second gas supply layer has a first main surface and a second main surface that are substantially opposed to each other, and the second main surface of the cathode catalyst layer is also second than the second main surface of the second gas supply layer. Closer to the first main surface of the gas supply layer of
At least one of the following is present (i.e. having any one of the following and any combination, where any of the first and second gas dispersion layers are present): It should be understood that reference to any first and second gas dispersion layers is intended)
A layer comprising an oxygen evolution reaction catalyst (eg, attached) disposed over (eg, attached to) the first major surface of the first gas supply layer (eg, the amount of portion present is at least 0.5 microgram / cm). 2 And in some embodiments, 1 microgram / cm 2 1.5 microgram / cm 2 2 microgram / cm 2 2.5 microgram / cm 2 3 microgram / cm 2 Or at least 5 micrograms / cm 2 And in some embodiments, 0.5 microgram / cm 2 ~ 100 microgram / cm 2 Within the range of 0.5 microgram / cm 2 ~ 75 micrograms / cm 2 Within the range of 0.5 microgram / cm 2 ~ 50 microgram / cm 2 Within the range of 0.5 microgram / cm 2 ~ 25 microgram / cm 2 Within the range of 1 microgram / cm 2 ~ 100 microgram / cm 2 Within the range of 1 microgram / cm 2 ~ 75 micrograms / cm 2 Within the range of 1 microgram / cm 2 ~ 50 microgram / cm 2 Within the range of 1 microgram / cm 2 ~ 25 microgram / cm 2 Within the range of 2 micrograms / cm 2 ~ 100 microgram / cm 2 Within the range of 2 micrograms / cm 2 ~ 75 micrograms / cm 2 Within the range of 2 micrograms / cm 2 ~ 50 microgram / cm 2 Within the range of 2 micrograms / cm 2 ~ 30 microgram / cm 2 Within the range of 2 micrograms / cm 2 ~ 25 microgram / cm 2 Or within 2 micrograms / cm 2 ~ 20 microgram / cm 2 Which is based on the elemental metal content of the oxygen evolution reaction catalyst),
A first gas supply layer comprising an oxygen evolution reaction catalyst (eg, the amount of portion present is at least 0.5 microgram / cm 2 And in some embodiments, 1 microgram / cm 2 1.5 microgram / cm 2 2 microgram / cm 2 2.5 microgram / cm 2 3 microgram / cm 2 Or at least 5 micrograms / cm 2 And in some embodiments, 0.5 microgram / cm 2 ~ 100 microgram / cm 2 Within the range of 0.5 microgram / cm 2 ~ 75 micrograms / cm 2 Within the range of 0.5 microgram / cm 2 ~ 50 microgram / cm 2 Within the range of 0.5 microgram / cm 2 ~ 25 microgram / cm 2 Within the range of 1 microgram / cm 2 ~ 100 microgram / cm 2 Within the range of 1 microgram / cm 2 ~ 75 micrograms / cm 2 Within the range of 1 microgram / cm 2 ~ 50 microgram / cm 2 Within the range of 1 microgram / cm 2 ~ 25 microgram / cm 2 Within the range of 2 micrograms / cm 2 ~ 100 microgram / cm 2 Within the range of 2 micrograms / cm 2 ~ 75 micrograms / cm 2 Within the range of 2 micrograms / cm 2 ~ 50 microgram / cm 2 Within the range of 2 micrograms / cm 2 ~ 30 microgram / cm 2 Within the range of 2 micrograms / cm 2 ~ 25 microgram / cm 2 Or within 2 micrograms / cm 2 ~ 20 microgram / cm 2 Which is based on the elemental metal content of the oxygen evolution reaction catalyst),
A layer comprising an oxygen generating reaction catalyst (eg, attached) disposed over (eg, attached to) the second major surface of the first gas supply layer (eg, the amount of portion present is at least 0.5 microgram / cm). 2 And in some embodiments, 1 microgram / cm 2 1.5 microgram / cm 2 2 microgram / cm 2 2.5 microgram / cm 2 3 microgram / cm 2 Or at least 5 micrograms / cm 2 And in some embodiments, 0.5 microgram / cm 2 ~ 100 microgram / cm 2 Within the range of 0.5 microgram / cm 2 ~ 75 micrograms / cm 2 Within the range of 0.5 microgram / cm 2 ~ 50 microgram / cm 2 Within the range of 0.5 microgram / cm 2 ~ 25 microgram / cm 2 Within the range of 1 microgram / cm 2 ~ 100 microgram / cm 2 Within the range of 1 microgram / cm 2 ~ 75 micrograms / cm 2 Within the range of 1 microgram / cm 2 ~ 50 microgram / cm 2 Within the range of 1 microgram / cm 2 ~ 25 microgram / cm 2 Within the range of 2 micrograms / cm 2 ~ 100 microgram / cm 2 Within the range of 2 micrograms / cm 2 ~ 75 micrograms / cm 2 Within the range of 2 micrograms / cm 2 ~ 50 microgram / cm 2 Within the range of 2 micrograms / cm 2 ~ 30 microgram / cm 2 Within the range of 2 micrograms / cm 2 ~ 25 microgram / cm 2 Or within 2 micrograms / cm 2 ~ 20 microgram / cm 2 Which is based on the elemental metal content of the oxygen evolution reaction catalyst),
A layer containing an oxygen evolution reaction catalyst (eg, the amount of portion present is at least 0.5 microgram / cm) disposed between the first gas supply layer and the first gas dispersion layer. 2 And in some embodiments, 1 microgram / cm 2 1.5 microgram / cm 2 2 microgram / cm 2 2.5 microgram / cm 2 3 microgram / cm 2 Or at least 5 micrograms / cm 2 And in some embodiments, 0.5 microgram / cm 2 ~ 100 microgram / cm 2 Within the range of 0.5 microgram / cm 2 ~ 75 micrograms / cm 2 Within the range of 0.5 microgram / cm 2 ~ 50 microgram / cm 2 Within the range of 0.5 microgram / cm 2 ~ 25 microgram / cm 2 Within the range of 1 microgram / cm 2 ~ 100 microgram / cm 2 Within the range of 1 microgram / cm 2 ~ 75 micrograms / cm 2 Within the range of 1 microgram / cm 2 ~ 50 microgram / cm 2 Within the range of 1 microgram / cm 2 ~ 25 microgram / cm 2 Within the range of 2 micrograms / cm 2 ~ 100 microgram / cm 2 Within the range of 2 micrograms / cm 2 ~ 75 micrograms / cm 2 Within the range of 2 micrograms / cm 2 ~ 50 microgram / cm 2 Within the range of 2 micrograms / cm 2 ~ 30 microgram / cm 2 Within the range of 2 micrograms / cm 2 ~ 25 microgram / cm 2 Or within 2 micrograms / cm 2 ~ 20 microgram / cm 2 Which is based on the elemental metal content of the oxygen evolution reaction catalyst),
A layer comprising an oxygen evolution reaction catalyst (eg, attached) disposed over (eg, attached to) the first major surface of the first gas dispersion layer (eg, the amount of portion present is at least 0.5 microgram / cm). 2 And in some embodiments, 1 microgram / cm 2 1.5 microgram / cm 2 2 microgram / cm 2 2.5 microgram / cm 2 3 microgram / cm 2 Or at least 5 micrograms / cm 2 And in some embodiments, 0.5 microgram / cm 2 ~ 100 microgram / cm 2 Within the range of 0.5 microgram / cm 2 ~ 75 micrograms / cm 2 Within the range of 0.5 microgram / cm 2 ~ 50 microgram / cm 2 Within the range of 0.5 microgram / cm 2 ~ 25 microgram / cm 2 Within the range of 1 microgram / cm 2 ~ 100 microgram / cm 2 Within the range of 1 microgram / cm 2 ~ 75 micrograms / cm 2 Within the range of 1 microgram / cm 2 ~ 50 microgram / cm 2 Within the range of 1 microgram / cm 2 ~ 25 microgram / cm 2 Within the range of 2 micrograms / cm 2 ~ 100 microgram / cm 2 Within the range of 2 micrograms / cm 2 ~ 75 micrograms / cm 2 Within the range of 2 micrograms / cm 2 ~ 50 microgram / cm 2 Within the range of 2 micrograms / cm 2 ~ 30 microgram / cm 2 Within the range of 2 micrograms / cm 2 ~ 25 microgram / cm 2 Or within 2 micrograms / cm 2 ~ 20 microgram / cm 2 Which is based on the elemental metal content of the oxygen evolution reaction catalyst),
A first gas dispersion layer comprising an oxygen evolution reaction catalyst (eg, the amount of portion present is at least 0.5 microgram / cm 2 And in some embodiments, 1 microgram / cm 2 1.5 microgram / cm 2 2 microgram / cm 2 2.5 microgram / cm 2 3 microgram / cm 2 Or at least 5 micrograms / cm 2 And in some embodiments, 0.5 microgram / cm 2 ~ 100 microgram / cm 2 Within the range of 0.5 microgram / cm 2 ~ 75 micrograms / cm 2 Within the range of 0.5 microgram / cm 2 ~ 50 microgram / cm 2 Within the range of 0.5 microgram / cm 2 ~ 25 microgram / cm 2 Within the range of 1 microgram / cm 2 ~ 100 microgram / cm 2 Within the range of 1 microgram / cm 2 ~ 75 micrograms / cm 2 Within the range of 1 microgram / cm 2 ~ 50 microgram / cm 2 Within the range of 1 microgram / cm 2 ~ 25 microgram / cm 2 Within the range of 2 micrograms / cm 2 ~ 100 microgram / cm 2 Within the range of 2 micrograms / cm 2 ~ 75 micrograms / cm 2 Within the range of 2 micrograms / cm 2 ~ 50 microgram / cm 2 Within the range of 2 micrograms / cm 2 ~ 30 microgram / cm 2 Within the range of 2 micrograms / cm 2 ~ 25 microgram / cm 2 Or within 2 micrograms / cm 2 ~ 20 microgram / cm 2 Which is based on the elemental metal content of the oxygen evolution reaction catalyst),
A layer comprising an oxygen evolution reaction catalyst (eg, attached) disposed over (eg, attached to) the second major surface of the first gas dispersion layer (eg, the amount of portion present is at least 0.5 microgram / cm). 2 And in some embodiments, 1 microgram / cm 2 1.5 microgram / cm 2 2 microgram / cm 2 2.5 microgram / cm 2 3 microgram / cm 2 Or at least 5 micrograms / cm 2 And in some embodiments, 0.5 microgram / cm 2 ~ 100 microgram / cm 2 Within the range of 0.5 microgram / cm 2 ~ 75 micrograms / cm 2 Within the range of 0.5 microgram / cm 2 ~ 50 microgram / cm 2 Within the range of 0.5 microgram / cm 2 ~ 25 microgram / cm 2 Within the range of 1 microgram / cm 2 ~ 100 microgram / cm 2 Within the range of 1 microgram / cm 2 ~ 75 micrograms / cm 2 Within the range of 1 microgram / cm 2 ~ 50 microgram / cm 2 Within the range of 1 microgram / cm 2 ~ 25 microgram / cm 2 Within the range of 2 micrograms / cm 2 ~ 100 microgram / cm 2 Within the range of 2 micrograms / cm 2 ~ 75 micrograms / cm 2 Within the range of 2 micrograms / cm 2 ~ 50 microgram / cm 2 Within the range of 2 micrograms / cm 2 ~ 30 microgram / cm 2 Within the range of 2 micrograms / cm 2 ~ 25 microgram / cm 2 Or within 2 micrograms / cm 2 ~ 20 microgram / cm 2 Which is based on the elemental metal content of the oxygen evolution reaction catalyst),
A layer comprising an oxygen evolution reaction catalyst (eg, attached) disposed over (eg, attached to) the first major surface of the second gas dispersion layer (eg, the amount of portion present is at least 0.5 microgram / cm). 2 And in some embodiments, 1 microgram / cm 2 1.5 microgram / cm 2 2 microgram / cm 2 2.5 microgram / cm 2 3 microgram / cm 2 Or at least 5 micrograms / cm 2 And in some embodiments, 0.5 microgram / cm 2 ~ 100 microgram / cm 2 Within the range of 0.5 microgram / cm 2 ~ 75 micrograms / cm 2 Within the range of 0.5 microgram / cm 2 ~ 50 microgram / cm 2 Within the range of 0.5 microgram / cm 2 ~ 25 microgram / cm 2 Within the range of 1 microgram / cm 2 ~ 100 microgram / cm 2 Within the range of 1 microgram / cm 2 ~ 75 micrograms / cm 2 Within the range of 1 microgram / cm 2 ~ 50 microgram / cm 2 Within the range of 1 microgram / cm 2 ~ 25 microgram / cm 2 Within the range of 2 micrograms / cm 2 ~ 100 microgram / cm 2 Within the range of 2 micrograms / cm 2 ~ 75 micrograms / cm 2 Within the range of 2 micrograms / cm 2 ~ 50 microgram / cm 2 Within the range of 2 micrograms / cm 2 ~ 30 microgram / cm 2 Within the range of 2 micrograms / cm 2 ~ 25 microgram / cm 2 Or within 2 micrograms / cm 2 ~ 20 microgram / cm 2 Which is based on the elemental metal content of the oxygen evolution reaction catalyst),
A second gas dispersion layer comprising an oxygen evolution reaction catalyst (eg, the amount of portion present is at least 0.5 microgram / cm). 2 And in some embodiments, 1 microgram / cm 2 1.5 microgram / cm 2 2 microgram / cm 2 2.5 microgram / cm 2 3 microgram / cm 2 Or at least 5 micrograms / cm 2 And in some embodiments, 0.5 microgram / cm 2 ~ 100 microgram / cm 2 Within the range of 0.5 microgram / cm 2 ~ 75 micrograms / cm 2 Within the range of 0.5 microgram / cm 2 ~ 50 microgram / cm 2 Within the range of 0.5 microgram / cm 2 ~ 25 microgram / cm 2 Within the range of 1 microgram / cm 2 ~ 100 microgram / cm 2 Within the range of 1 microgram / cm 2 ~ 75 micrograms / cm 2 Within the range of 1 microgram / cm 2 ~ 50 microgram / cm 2 Within the range of 1 microgram / cm 2 ~ 25 microgram / cm 2 Within the range of 2 micrograms / cm 2 ~ 100 microgram / cm 2 Within the range of 2 micrograms / cm 2 ~ 75 micrograms / cm 2 Within the range of 2 micrograms / cm 2 ~ 50 microgram / cm 2 Within the range of 2 micrograms / cm 2 ~ 30 microgram / cm 2 Within the range of 2 micrograms / cm 2 ~ 25 microgram / cm 2 Or within 2 micrograms / cm 2 ~ 20 microgram / cm 2 Which is based on the elemental metal content of the oxygen evolution reaction catalyst),
A layer comprising an oxygen evolution reaction catalyst (eg, attached) disposed over (eg, attached to) the second major surface of the second gas dispersion layer (eg, the amount of portion present is at least 0.5 microgram / cm). 2 And in some embodiments, 1 microgram / cm 2 1.5 microgram / cm 2 2 microgram / cm 2 2.5 microgram / cm 2 3 microgram / cm 2 Or at least 5 micrograms / cm 2 And in some embodiments, 0.5 microgram / cm 2 ~ 100 microgram / cm 2 Within the range of 0.5 microgram / cm 2 ~ 75 micrograms / cm 2 Within the range of 0.5 microgram / cm 2 ~ 50 microgram / cm 2 Within the range of 0.5 microgram / cm 2 ~ 25 microgram / cm 2 Within the range of 1 microgram / cm 2 ~ 100 microgram / cm 2 Within the range of 1 microgram / cm 2 ~ 75 micrograms / cm 2 Within the range of 1 microgram / cm 2 ~ 50 microgram / cm 2 Within the range of 1 microgram / cm 2 ~ 25 microgram / cm 2 Within the range of 2 micrograms / cm 2 ~ 100 microgram / cm 2 Within the range of 2 micrograms / cm 2 ~ 75 micrograms / cm 2 Within the range of 2 micrograms / cm 2 ~ 50 microgram / cm 2 Within the range of 2 micrograms / cm 2 ~ 30 microgram / cm 2 Within the range of 2 micrograms / cm 2 ~ 25 microgram / cm 2 Or within 2 micrograms / cm 2 ~ 20 microgram / cm 2 Which is based on the elemental metal content of the oxygen evolution reaction catalyst),
A layer comprising an oxygen evolution reaction catalyst (eg, the portion present is at least 0.5 microgram / cm) disposed between the second gas supply layer and the second gas dispersion layer. 2 And in some embodiments, 1 microgram / cm 2 1.5 microgram / cm 2 2 microgram / cm 2 2.5 microgram / cm 2 3 microgram / cm 2 Or at least 5 micrograms / cm 2 And in some embodiments, 0.5 microgram / cm 2 ~ 100 microgram / cm 2 Within the range of 0.5 microgram / cm 2 ~ 75 micrograms / cm 2 Within the range of 0.5 microgram / cm 2 ~ 50 microgram / cm 2 Within the range of 0.5 microgram / cm 2 ~ 25 microgram / cm 2 Within the range of 1 microgram / cm 2 ~ 100 microgram / cm 2 Within the range of 1 microgram / cm 2 ~ 75 micrograms / cm 2 Within the range of 1 microgram / cm 2 ~ 50 microgram / cm 2 Within the range of 1 microgram / cm 2 ~ 25 microgram / cm 2 Within the range of 2 micrograms / cm 2 ~ 100 microgram / cm 2 Within the range of 2 micrograms / cm 2 ~ 75 micrograms / cm 2 Within the range of 2 micrograms / cm 2 ~ 50 microgram / cm 2 Within the range of 2 micrograms / cm 2 ~ 30 microgram / cm 2 Within the range of 2 micrograms / cm 2 ~ 25 microgram / cm 2 Or within 2 micrograms / cm 2 ~ 20 microgram / cm 2 Which is based on the elemental metal content of the oxygen evolution reaction catalyst),
A layer comprising an oxygen evolution reaction catalyst (eg, attached) disposed over (eg, attached to) the first major surface of the second gas dispersion layer (eg, the amount of portion present is at least 0.5 microgram / cm). 2 And in some embodiments, 1 microgram / cm 2 1.5 microgram / cm 2 2 microgram / cm 2 2.5 microgram / cm 2 3 microgram / cm 2 Or at least 5 micrograms / cm 2 And in some embodiments, 0.5 microgram / cm 2 ~ 100 microgram / cm 2 Within the range of 0.5 microgram / cm 2 ~ 75 micrograms / cm 2 Within the range of 0.5 microgram / cm 2 ~ 50 microgram / cm 2 Within the range of 0.5 microgram / cm 2 ~ 25 microgram / cm 2 Within the range of 1 microgram / cm 2 ~ 100 microgram / cm 2 Within the range of 1 microgram / cm 2 ~ 75 micrograms / cm 2 Within the range of 1 microgram / cm 2 ~ 50 microgram / cm 2 Within the range of 1 microgram / cm 2 ~ 25 microgram / cm 2 Within the range of 2 micrograms / cm 2 ~ 100 microgram / cm 2 Within the range of 2 micrograms / cm 2 ~ 75 micrograms / cm 2 Within the range of 2 micrograms / cm 2 ~ 50 microgram / cm 2 Within the range of 2 micrograms / cm 2 ~ 30 microgram / cm 2 Within the range of 2 micrograms / cm 2 ~ 25 microgram / cm 2 Or within 2 micrograms / cm 2 ~ 20 microgram / cm 2 Which is based on the elemental metal content of the oxygen evolution reaction catalyst),
A second gas supply layer comprising an oxygen evolution reaction catalyst (eg, the amount of portion present is at least 0.5 microgram / cm). 2 And in some embodiments, 1 microgram / cm 2 1.5 microgram / cm 2 2 microgram / cm 2 2.5 microgram / cm 2 3 microgram / cm 2 Or at least 5 micrograms / cm 2 And in some embodiments, 0.5 microgram / cm 2 ~ 100 microgram / cm 2 Within the range of 0.5 microgram / cm 2 ~ 75 micrograms / cm 2 Within the range of 0.5 microgram / cm 2 ~ 50 microgram / cm 2 Within the range of 0.5 microgram / cm 2 ~ 25 microgram / cm 2 Within the range of 1 microgram / cm 2 ~ 100 microgram / cm 2 Within the range of 1 microgram / cm 2 ~ 75 micrograms / cm 2 Within the range of 1 microgram / cm 2 ~ 50 microgram / cm 2 Within the range of 1 microgram / cm 2 ~ 25 microgram / cm 2 Within the range of 2 micrograms / cm 2 ~ 100 microgram / cm 2 Within the range of 2 micrograms / cm 2 ~ 75 micrograms / cm 2 Within the range of 2 micrograms / cm 2 ~ 50 microgram / cm 2 Within the range of 2 micrograms / cm 2 ~ 30 microgram / cm 2 Within the range of 2 micrograms / cm 2 ~ 25 microgram / cm 2 Or within 2 micrograms / cm 2 ~ 20 microgram / cm 2 Which is based on the elemental metal content of the oxygen evolution reaction catalyst),
A layer comprising an oxygen evolution reaction catalyst (eg, attached) disposed over (eg, attached to) the second major surface of the second gas dispersion layer (eg, the amount of portion present is at least 0.5 microgram / cm). 2 And in some embodiments, 1 microgram / cm 2 1.5 microgram / cm 2 2 microgram / cm 2 2.5 microgram / cm 2 3 microgram / cm 2 Or at least 5 micrograms / cm 2 And in some embodiments, 0.5 microgram / cm 2 ~ 100 microgram / cm 2 Within the range of 0.5 microgram / cm 2 ~ 75 micrograms / cm 2 Within the range of 0.5 microgram / cm 2 ~ 50 microgram / cm 2 Within the range of 0.5 microgram / cm 2 ~ 25 microgram / cm 2 Within the range of 1 microgram / cm 2 ~ 100 microgram / cm 2 Within the range of 1 microgram / cm 2 ~ 75 micrograms / cm 2 Within the range of 1 microgram / cm 2 ~ 50 microgram / cm 2 Within the range of 1 microgram / cm 2 ~ 25 microgram / cm 2 Within the range of 2 micrograms / cm 2 ~ 100 microgram / cm 2 Within the range of 2 micrograms / cm 2 ~ 75 micrograms / cm 2 Within the range of 2 micrograms / cm 2 ~ 50 microgram / cm 2 Within the range of 2 micrograms / cm 2 ~ 30 microgram / cm 2 Within the range of 2 micrograms / cm 2 ~ 25 microgram / cm 2 Or within 2 micrograms / cm 2 ~ 20 microgram / cm 2 , Which is based on the elemental metal content of the oxygen evolution reaction catalyst), wherein a membrane electrode assembly is present.
2. The anode catalyst layer
(A) at least one of the elements Au, Co, Fe, Ir, Mn, Ni, Os, Pd, Pt, Rh or Ru,
(B) at least one alloy comprising at least one of Au, Co, Fe, Ir, Mn, Ni, Os, Pd, Pt, Rh or Ru;
(C) at least one composite comprising at least one of Au, Co, Fe, Ir, Mn, Ni, Os, Pd, Pt, Rh or Ru;
(D) at least one oxide, hydrated oxide or hydroxide of at least one of Au, Co, Fe, Ir, Mn, Ni, Os, Pd, Pt, Rh or Ru,
(E) at least one organometallic complex of at least one of Au, Co, Fe, Ir, Mn, Ni, Os, Pd, Pt, Rh or Ru;
(F) at least one carbide of at least one of Au, Co, Fe, Ir, Mn, Ni, Os, Pd, Pt, Rh or Ru,
(G) at least one fluoride of at least one of Au, Co, Fe, Ir, Mn, Ni, Os, Pd, Pt, Rh or Ru;
(H) at least one nitride of at least one of Au, Co, Fe, Ir, Mn, Ni, Os, Pd, Pt, Rh or Ru;
(I) at least one boride of at least one of Au, Co, Fe, Ir, Mn, Ni, Os, Pd, Pt, Rh or Ru;
(J) at least one acid carbide of at least one of Au, Co, Fe, Ir, Mn, Ni, Os, Pd, Pt, Rh or Ru,
(K) at least one oxyfluoride of at least one of Au, Co, Fe, Ir, Mn, Ni, Os, Pd, Pt, Rh or Ru,
(L) at least one oxynitride of at least one of Au, Co, Fe, Ir, Mn, Ni, Os, Pd, Pt, Rh or Ru, or
(M) exemplary comprising at least one of at least one acid boride of at least one of Au, Co, Fe, Ir, Mn, Ni, Os, Pd, Pt, Rh or Ru. The membrane electrode assembly according to embodiment 1.
3. The anode catalyst layer
(A ′) at least one of the elements Al, carbon, Hf, Nb, Re, Si, Sn, Ta, Ti, W or Zr,
(B ′) at least one alloy comprising at least one of Al, carbon, Hf, Nb, Re, Si, Sn, Ta, Ti, W or Zr;
(C ′) at least one composite comprising at least one of Al, carbon, Hf, Nb, Re, Si, Sn, Ta, Ti, W or Zr;
(D ′) at least one oxide of at least one of Al, Hf, Nb, Re, Si, Sn, Ta, Ti, W or Zr,
(E ′) at least one organometallic complex of at least one of Al, Hf, Nb, Re, Si, Sn, Ta, Ti, W or Zr,
(F ′) at least one carbide of at least one of Al, Hf, Nb, Re, Si, Sn, Ta, Ti, W or Zr,
(G ′) at least one fluoride of at least one of Al, carbon, Hf, Nb, Re, Si, Sn, Ta, Ti, W or Zr,
(H ′) at least one nitride of at least one of Al, carbon, Hf, Nb, Re, Si, Sn, Ta, Ti, W or Zr,
(I ′) at least one oxycarbide of at least one of Al, Hf, Nb, Re, Si, Sn, Ta, Ti, W or Zr,
(J ′) at least one oxyfluoride of at least one of Al, Hf, Nb, Re, Si, Sn, Ta, Ti, W or Zr,
(K ′) at least one oxynitride of at least one of Al, carbon, Hf, Nb, Re, Si, Sn, Ta, Ti, W or Zr,
(L ′) at least one boride of at least one of Al, carbon, Hf, Nb, Re, Si, Sn, Ta, Ti, W or Zr, or
(M ′) an exemplary implementation comprising at least one of at least one acid boride of at least one of Al, Hf, Nb, Re, Si, Sn, Ta, Ti, W or Zr The membrane electrode assembly according to Form 1 or 2.
4). 4. The membrane electrode assembly according to any one of exemplary embodiments 1-3, wherein the anode catalyst layer comprises nanostructured whiskers with attached catalyst.
5. The cathode catalyst layer
(A ″) at least one of the elements Au, Co, Fe, Ir, Mn, Ni, Os, Pd, Pt, Rh or Ru,
(B ″) at least one alloy comprising at least one of Au, Co, Fe, Ir, Mn, Ni, Os, Pd, Pt, Rh or Ru;
(C ″) at least one composite comprising at least one of Au, Co, Fe, Ir, Mn, Ni, Os, Pd, Pt, Rh or Ru;
(D ″) at least one oxide of at least one of Au, Co, Fe, Ir, Mn, Ni, Os, Pd, Pt, Rh or Ru,
(E ″) at least one organometallic complex of at least one of Au, Co, Fe, Ir, Mn, Ni, Os, Pd, Pt, Rh or Ru,
(F ″) at least one carbide of at least one of Au, Co, Fe, Ir, Mn, Ni, Os, Pd, Pt, Rh or Ru,
(G ″) at least one fluoride of at least one of Au, Co, Fe, Ir, Mn, Ni, Os, Pd, Pt, Rh or Ru,
(H ″) at least one nitride of at least one of Au, Co, Fe, Ir, Mn, Ni, Os, Pd, Pt, Rh or Ru,
(I ″) at least one boride of at least one of Au, Co, Fe, Ir, Mn, Ni, Os, Pd, Pt, Rh or Ru;
(J ″) at least one acid carbide of at least one of Au, Co, Fe, Ir, Mn, Ni, Os, Pd, Pt, Rh or Ru,
(K ″) at least one oxyfluoride of at least one of Au, Co, Fe, Ir, Mn, Ni, Os, Pd, Pt, Rh or Ru,
(L ″) at least one oxynitride of at least one of Au, Co, Fe, Ir, Mn, Ni, Os, Pd, Pt, Rh or Ru, or
(M ″) including at least one of at least one acid boride of at least one of Au, Co, Fe, Ir, Mn, Ni, Os, Pd, Pt, Rh, or Ru A membrane electrode assembly according to any one of the exemplary embodiments 1-4.
6). The cathode catalyst layer
(A ′ ″) at least one of the elements Al, carbon, Hf, Nb, Re, Si, Sn, Ta, Ti, W or Zr,
(B ′ ″) at least one alloy comprising at least one of Al, carbon, Hf, Nb, Re, Si, Sn, Ta, Ti, W or Zr;
(C ′ ″) at least one composite comprising at least one of Al, carbon, Hf, Nb, Re, Si, Sn, Ta, Ti, W or Zr;
(D ′ ″) at least one oxide of at least one of Al, Hf, Nb, Re, Si, Sn, Ta, Ti, W or Zr,
(E ′ ″) at least one organometallic complex of at least one of Al, Hf, Nb, Re, Si, Sn, Ta, Ti, W or Zr,
(F ″ ′) at least one carbide of at least one of Al, Hf, Nb, Re, Si, Sn, Ta, Ti, W or Zr,
(G ′ ″) at least one fluoride of at least one of Al, carbon, Hf, Nb, Re, Si, Sn, Ta, Ti, W or Zr,
(H ′ ″) at least one nitride of at least one of Al, carbon, Hf, Nb, Re, Si, Sn, Ta, Ti, W or Zr,
(I ′ ″) at least one oxycarbide of at least one of Al, Hf, Nb, Re, Si, Sn, Ta, Ti, W or Zr,
(J ′ ″) at least one oxyfluoride of at least one of Al, Hf, Nb, Re, Si, Sn, Ta, Ti, W or Zr,
(K ′ ″) at least one oxynitride of at least one of Al, carbon, Hf, Nb, Re, Si, Sn, Ta, Ti, W or Zr,
(L ′ ″) at least one boride of at least one of Al, carbon, Hf, Nb, Re, Si, Sn, Ta, Ti, W or Zr, or
(M ′ ″) including at least one of at least one acid boride of at least one of Al, Hf, Nb, Re, Si, Sn, Ta, Ti, W or Zr, Embodiment 6. The membrane electrode assembly according to any one of Embodiments 1 to 5.
7). 7. The membrane electrode assembly according to any one of exemplary embodiments 1-6, wherein the cathode catalyst layer comprises nanostructured whiskers with attached catalyst.
8). The membrane electrode assembly has the following conditions:
(A) at least one of the plurality of layers comprising the oxygen evolution reaction catalyst is 1: 1 or less (in some embodiments, 0.9: 1 or less, 0.8: 1 or less, 0.75: 1 0.7: 1 or less, 0.6: 1 or less, 0.5: 1 or less, 0.4: 1 or less, 0.3: 1 or less, 0.25: 1 or less, 0.2: 1 or less Or the ratio of elemental metal Pt to elemental metal oxygen evolution reaction catalyst (ie, RuO or less than 0.1: 1 or even 0: 1 or less) (ie, RuO 2 Is the oxygen evolution reaction catalyst, the ratio of the number of Pt atoms to the number of Ru atoms), or
(B) on at least one of the first gas supply layer, the second gas supply layer, the optional first gas dispersion layer or the optional second gas dispersion layer comprising an oxygen evolution reaction catalyst At least one of the layers disposed in the layer is 1: 1 or less (in some embodiments, 0.9: 1 or less, 0.8: 1 or less, 0.75: 1 or less, 0.7: 1 Or less, 0.6: 1 or less, 0.5: 1 or less, 0.4: 1 or less, 0.3: 1 or less, 0.25: 1 or less, 0.2: 1 or less, or 0.1 Example Embodiments 1 to 7 satisfying at least one of the following conditions: the ratio of the elemental metal Pt to the elemental metal oxygen evolution reaction catalyst is 1: 1 or even 0: 1 or less) The membrane electrode assembly according to any one of the above.
9. The first gas dispersion layer has a first main surface and a second main surface substantially opposed to each other, and the second main surface of the first gas supply layer is formed by the second main surface of the first gas dispersion layer. 9. The membrane electrode assembly according to any one of exemplary embodiments 1-8, which is also closer to the first major surface of the first gas dispersion layer.
10. The first gas supply layer is substantially free of Pt (ie, 0.1 microgram / cm). 2 Less than Pt), the membrane electrode assembly according to exemplary embodiment 9.
11. The second gas dispersion layer has a first main surface and a second main surface that are substantially opposed to each other, and the second main surface of the cathode catalyst layer is second than the second main surface of the second gas dispersion layer. The membrane electrode assembly according to any one of Exemplary Embodiments 1-10, closer to the first major surface of the gas dispersion layer.
12 The second gas supply layer is substantially free of Pt (ie, 0.1 microgram / cm). 2 Less), the membrane electrode assembly according to exemplary embodiment 11.
13. An electrochemical device comprising at least one of the membrane electrode assemblies according to any one of exemplary embodiments 1-12.
14 The electrochemical device according to exemplary embodiment 13, wherein the electrochemical device is a fuel cell.

本発明の利点及び実施形態を以下の実施例によって更に例示するが、これらの実施例に記載される特定の材料及びその量、並びに他の条件及び詳細は、本発明を不当に限定するものとして解釈すべきではない。すべての部及び比率は、特に断らない限りは重量に基づいたものである。   The advantages and embodiments of the present invention are further illustrated by the following examples, although the specific materials and amounts thereof described in these examples, as well as other conditions and details, should not unduly limit the present invention. Should not be interpreted. All parts and ratios are based on weight unless otherwise specified.

実施例
膜電極アセンブリ(MEA)の調製
実施例及び比較例のMEAはすべて、名目当量825の同じ過フッ素化したスルホン酸膜(「825EW ionomer」として3M Company(米国ミネソタ州セントポール)から入手可能)を用いて作製した。この膜の厚さは、約24マイクロメートルであった。カソード触媒層は、当技術分野において周知の転写方法を用いることによって、分散Pt触媒から(400マイクログラム/cmの担持量で)調製した。例えば、Gottesfeld及びZawodzinski,Advances in Electrochemical Science and Engineering,Vol.5.,Weinheim:Wiley−VCH;1997年又はWilson及びGottesfeld,J Appl.Electrochem.,1992年,22:1〜7を参照されたく、これらの開示内容は参照によって本明細書に組み込まれる。
EXAMPLES Membrane Electrode Assembly (MEA) Preparation All MEAs in the Examples and Comparative Examples are available from 3M Company (St. Paul, MN, USA) as the same perfluorinated sulfonic acid membrane (“825 EW ionomer”) with a nominal equivalent of 825. ). The thickness of this film was about 24 micrometers. The cathode catalyst layer was prepared from a dispersed Pt catalyst (with a loading of 400 micrograms / cm 2 ) by using a transfer method well known in the art. G. 5. , Weinheim: Wiley-VCH; 1997 or Wilson and Gottesfeld, J Appl. Electrochem. 1992, 22: 1-7, the disclosures of which are incorporated herein by reference.

ガス拡散層(GDL)は、カーボンペーパー電極裏材層(三菱レイヨン株式会社(東京)から入手)の片側をガス拡散層/微多孔層(MPL)で被覆することによって製作した。微多孔層は、米国特許第6465041号(Friskら)(この開示内容は参照によって本明細書に組み込まれる)に概して説明されているように被覆/含浸処理を用いて調製した。含浸方法には、以下のステップを含んだ。アルコール懸濁液を、最終的な担持量が、1.5ミリグラム/cmのカーボンブラック粉末(「VULCAN XC−72」という商品名でCabot Corporation(米国マサチューセッツ州ボストン)から入手)及び10重量パーセントのポリテトラフルオロエチレン乳濁液(「テフロン」という商品名でE.I.du Pont de Nemours(米国デラウェア州ウィルミントン)から入手)となるように計量し、このアルコール懸濁液を、超音波機器を用いてよく攪拌し、次いで、カーボンペーパーへ含浸させて、微多孔層の前駆体を形成した。前駆体微多孔層を、まず240℃で約30分間焼成し、次いで、350℃で約40分間焼結して、ミクロ多孔性層を形成した。 The gas diffusion layer (GDL) was produced by coating one side of a carbon paper electrode backing layer (obtained from Mitsubishi Rayon Co., Ltd., Tokyo) with a gas diffusion layer / microporous layer (MPL). The microporous layer was prepared using a coating / impregnation process as generally described in US Pat. No. 6,465,041 (Frisk et al.), The disclosure of which is incorporated herein by reference. The impregnation method included the following steps. The alcohol suspension was carbon black powder with a final loading of 1.5 milligrams / cm 2 (obtained from Cabot Corporation (Boston, Mass., USA) under the name “VULCAN XC-72”) and 10 weight percent The polytetrafluoroethylene emulsion (obtained from EI du Pont de Nemours (Wilmington, Del.)) Under the trade name "Teflon" The mixture was thoroughly stirred using an apparatus, and then impregnated into carbon paper to form a precursor of a microporous layer. The precursor microporous layer was first fired at 240 ° C. for about 30 minutes and then sintered at 350 ° C. for about 40 minutes to form a microporous layer.

ラミネータ(「CHEMINSTRUMENTS HL−101 DUAL HEAT ROLL LAMINATOR」という商品名でCheminstruments Inc.(米国オハイオ州ウェストチェスター)から入手)を用いて、177℃(350°F)、1.0MPa(150psig)、送り速度36.5センチメートル(1.2フィート)毎分の条件で、以下の積層方法を用いて、膜電極アセンブリを作製した。本方法において、ラミネータには、以下の順、即ち、紙(「HAMMERMILL 122549」International Paper(米国テネシー州メンフィス)から入手)、紙とは反対側にPEM被覆面を向けた、PEM被覆ポリイミド剥離ライナー(「KAPTON HN”」という商品名でE.I.du Pont de Nemoursから入手)、PEM被覆面に触媒層を向けた、触媒被覆ポリイミド剥離ライナー(「KAPTON HN」)及び第2の紙(「HAMMERMILL 122549」)の順に要素を積み重ねて供給した。次いで、積層後直ちに、両方のライナーからサンプルを剥離し、片側触媒層付電解質膜(CCM)を得た。ゴミによって膜が汚染されたり穴が開いたりしないように、CCMをフルオロポリマーシート(「テフロン」という商品名でE.I.du Pont de Nemoursから入手)間に入れて、平坦面上に置かれたプラスチック袋に入れた。MEAを構築する前に、CCMを4インチ角(10.16cm角)サンプルに切り出し、アセンブリを補助するために、中心にある50cmの活性領域の外側に取り付け穴を設けた。 177 ° C (350 ° F), 1.0 MPa (150 psig) using a laminator (obtained from Cheminstruments Inc. (West Chester, Ohio, USA) under the name "CHEMINSTRUMENTS HL-101 DUAL HEAT ROLL LAMINATOR") A membrane electrode assembly was fabricated using the following lamination method at 36.5 centimeters (1.2 feet) per minute. In this method, the laminator is fed in the following order: paper (obtained from “HAMMERMIL 122549” International Paper, Memphis, Tennessee, USA), PEM coated polyimide release liner with the PEM coated surface facing away from the paper. (Obtained from EI du Pont de Nemours under the trade name “KAPTON HN”), a catalyst coated polyimide release liner (“KAPTON HN”) with a catalyst layer facing the PEM coated surface and a second paper (“ The elements were stacked and supplied in the order of HAMMERMILL 122549 ”). Next, immediately after lamination, the sample was peeled from both liners to obtain an electrolyte membrane with one-side catalyst layer (CCM). Place the CCM between fluoropolymer sheets (obtained from EI du Pont de Nemours under the trade name “Teflon”) and place on a flat surface to prevent dirt from contaminating the membrane and opening holes. In a plastic bag. Prior to building the MEA, CCM was cut into 4 inch square (10.16 cm square) samples and mounting holes were made outside the central 50 cm 2 active area to aid assembly.

下記の実施例及び比較例で説明するアノード触媒は、以下の層順、即ち、ガス拡散層、電極、ポリマー電解質膜(PEM)、電極及びガス拡散層の、同様の5層膜電極アセンブリ構成を用いて調製した。ガス拡散層上に被覆された微多孔層が、ガス拡散層と電極との間にあり、その結果、7層構成となった。比較例Cとして、アノード電極は、2つの層、即ち、ナノ構造化薄膜酸素発生反応触媒層と、カーボン層上に分散したPtとを有した。   The anode catalyst described in the following examples and comparative examples has a similar five-layer membrane electrode assembly configuration in the following layer order: gas diffusion layer, electrode, polymer electrolyte membrane (PEM), electrode and gas diffusion layer. Prepared. A microporous layer coated on the gas diffusion layer was between the gas diffusion layer and the electrode, resulting in a seven-layer configuration. As Comparative Example C, the anode electrode had two layers: a nanostructured thin film oxygen evolution reaction catalyst layer and Pt dispersed on the carbon layer.

MEA評価法
下記の実施例及び比較例を、約10%の圧縮率で4つの蛇行流場を有する50cmのセルに設置し、試運転のために事前に準備したプロトコル及び燃料電池性能試験下で動作させた。試験場は、Fuel Cell Technology(Albuquerque,NM)から入手した。この試験法のために、調整中に、酸素発生反応触媒をカソードとして動作させ、一連の約14回の熱サイクル(熱サイクルの詳細は、2010 DOE Hydrogen Program Review,Advance Cathode Catalysts and Supports for PEM Fuel Cells,Debe,2010年6月8日(http://www.hydrogen.energy.gov/pdfs/review10/fc001_debe_2010_o_web.pdfを参照されたく、この開示内容は、参照によって本明細書に組み込まれる(最終閲覧2014年12月1日午前9:37(中部標準時))にみられる)を実行して、OER触媒及びMEAを試運転した。しかしながら、ガスの切り替え/注入サイクル試験を含む、実際のセル動作の間は、OER触媒をアノードとして動作させた。セルの設定点は、75℃のセル温度、68℃の入口露点において800sccmの水素のアノード流、68℃の入口露点において1800sccmの空気のカソード流の設定点とし、出口は大気圧とした。熱サイクル中、0.9〜0.3ボルトで動電位走査を3回行うことによって、試験対象のMEAを作動させた。「熱サイクル」は、不純物を一掃し、薄膜電極の性能を速やかに一定水準に到達させるのに有用であることが見出された。
MEA Evaluation Method The following examples and comparative examples were installed in a 50 cm 2 cell having four meandering flow fields at a compression rate of about 10%, and under the protocol and fuel cell performance test prepared in advance for trial operation. Made it work. The test site was obtained from Fuel Cell Technology (Albuquerque, NM). For this test method, during the conditioning, the oxygen generating reaction catalyst was operated as a cathode and a series of about 14 thermal cycles (details of the thermal cycle are described in the 2010 DOE Hydrogen Program Review, Advance Cathode Catalysts and Supports for PEM Fuel). Cells, Debe, June 8, 2010 (http://www.hydrogen.energy.gov/pdfs/review10/fc001_debe_2010_o_web.pdf, the disclosure of which is hereby incorporated by reference) (October 1st, 2014, 9:37 am (Chubu Standard Time)) was executed, and the OER catalyst and MEA were commissioned. During actual cell operation, including injection cycle testing, the OER catalyst was operated as the anode: the cell set point was 75 ° C. cell temperature, 68 ° C. inlet dew point, 800 sccm hydrogen anode flow, 68 ° C. At the inlet dew point, the cathode flow setpoint was 1800 sccm and the outlet was at atmospheric pressure, and during the thermal cycle, the electrokinetic scan was performed three times at 0.9 to 0.3 volts, so that the MEA to be tested was “Thermal cycling” has been found to be useful in sweeping out impurities and quickly bringing thin film electrode performance to a certain level.

次いで、アノード触媒のOER有効性耐久時間を評価した。OER有効性耐久時間は、OER触媒が所与の電流において電圧を所定のレベル未満で保持することができる時間として表した。OER有効性耐久時間は、70℃で完全飽和まで加湿した窒素下で評価した。   Next, the OER effectiveness durability time of the anode catalyst was evaluated. OER effectiveness lifetime was expressed as the time that the OER catalyst can hold the voltage below a given level at a given current. The OER efficacy durability time was evaluated under nitrogen humidified to 70 ° C. to full saturation.

ガスの切り替えは、すべての他の試験場パラメータを、セル温度:68℃、カソード空気流:1800sccmの空気、入口:RH 70%及び出口圧力:138kPaゲージ圧で一定に保持しながら、2つの異なる専用流量調整器を用いて、アノード上の反応物質(OER触媒)を水素から空気(酸素が反応物質である)に交互に入れ替えることによって達成した。これは、アノード反応物質気体が水素である通常の燃料電池の使用とは対照的であった。起動/終了(SU/SD)中のアノード及び/又はカソードに生じた損傷の程度は、あるアノード気体から他のアノード気体への転換数の関数であった。アノード気体が水素から空気(酸素)に変化したとき、電池全域の電圧は、約0.9ボルトから0ボルトになった。気体流を、20秒間280sccm空気から15秒間800sccm水素に入れ替え、再度元に戻した。この特定の試験では、本明細書では気体サイクルと呼ぶ、所望の数の気体切り替え事象が得られるまで、この一連の工程を繰り返した。評価法下で試験した実施例では、ガスの切り替え回数は、400回であった。   Gas switching is done with two different dedicated fields, keeping all other test field parameters constant at cell temperature: 68 ° C., cathode air flow: 1800 sccm air, inlet: RH 70% and outlet pressure: 138 kPa gauge pressure. This was accomplished by alternating the reactant (OER catalyst) on the anode from hydrogen to air (oxygen is the reactant) using a flow regulator. This was in contrast to the use of conventional fuel cells where the anode reactant gas is hydrogen. The degree of damage caused to the anode and / or cathode during start / stop (SU / SD) was a function of the number of conversions from one anode gas to another. When the anode gas changed from hydrogen to air (oxygen), the voltage across the cell went from about 0.9 volts to 0 volts. The gas flow was switched from 280 sccm air for 20 seconds to 800 sccm hydrogen for 15 seconds and back again. In this particular test, this series of steps was repeated until the desired number of gas switching events, referred to herein as a gas cycle, was obtained. In the examples tested under the evaluation method, the number of gas switching was 400 times.

比較例A
ナノ構造化ウィスカーの調製
米国特許第4812352号(Debe)(この開示内容は、参照によって本明細書に組み込まれる)に説明されているとおり、ペリレンレッド顔料(C.I.ピグメントレッド149、「PR149」としても知られている、Clariant(米国ノースカロライナ州シャーロット)から入手)の層を熱アニール処理し、これをミクロ構造化触媒移動ポリマー基材(MCTS)(名目被覆厚さ200nm)上に昇華真空コーティングすることによって、ナノ構造化ウィスカーを調製した。これらの実施例では、90/3/3(角度(度)/ピーク間距離(マイクロメートル)/大半のピークの高さ又は長い反復特徴の高さ(マイクロメートル))及び120/5/0を用いた。すべてのMCTS構造は、Debe特許と同じく、表面積が2の平方根倍となった。被覆後、ペリレンレッドの被覆を被覆した後、ロール品をラインプロセスで減圧アニール処理して、それにより、上記特許で説明したようにウィスカーを形成する。
ナノ構造化薄膜(NSTF)触媒層の調製
Comparative Example A
Preparation of Nanostructured Whisker Perylene Red Pigment (CI Pigment Red 149, “PR149” as described in US Pat. No. 4,812,352 (Debe), the disclosure of which is incorporated herein by reference. A layer of Clariant (obtained from Charlotte, North Carolina, USA), also known as “, is thermally annealed, and this is sublimated onto a microstructured catalyst transfer polymer substrate (MCTS) (nominal coating thickness 200 nm). Nanostructured whiskers were prepared by coating. In these examples, 90/3/3 (angle (degrees) / distance between peaks (micrometers) / height of most peaks or long repeat features (micrometers)) and 120/5/0 Using. All MCTS structures had a surface area of 2 times the square root, similar to the Debe patent. After coating, after coating the perylene red coating, the roll product is annealed under reduced pressure in a line process, thereby forming whiskers as described in the above patent.
Preparation of nanostructured thin film (NSTF) catalyst layer

ナノ構造化ウィスカーの層上にDC−マグネトロンスパッタリングプロセスを用いて順次Pt、Ru及びIrの触媒膜をスパッタコーティングすることによって、ナノ構造化薄膜(NSTF)触媒層を調製した。各層の相対厚さは、必要に応じて変化させた。   A nanostructured thin film (NSTF) catalyst layer was prepared by sputter-coating Pt, Ru and Ir catalyst films sequentially on a layer of nanostructured whiskers using a DC-magnetron sputtering process. The relative thickness of each layer was varied as needed.

4つのクライオポンプ(Austin Scientific,Oxford Instruments(米国テキサス州オースティン)から入手)、ターボポンプ、約0.66Paの典型的なArスパッタガス圧、5cm×25.4cm(2インチ×10インチ)の矩形スパッタターゲット(Sophisticated Alloys,Inc.(米国ペンシルベニア州バトラー)から入手)を備えた、真空スパッタ蒸着システム(Mill Lane Engineering Co.(米国マサチューセッツ州ローウェル)からModel Custom Researchとして入手)を用いた。蒸着前に、スパッタリングチャンバを9.3×10−6Pa(7×10−7トール)のベース圧力まで排気した。スパッタリングガスとしての超高純度Ar及び30〜300ワットの範囲のマグネトロン出力を用いることによって、コーティングを蒸着させた。高純度(99.9+%)、Pt、Ir及びRuを、スパッタリングターゲットのために用いた。各ターゲットのプレスパッタリングを実施して、蒸着前に表面を清浄にした。スパッタリングする基材を、スパッタリングターゲットから離して配置した。次いで、各ターゲットを所与の時間だけ叩いて、サンプルを入れるためにシステムが大気圧に曝された際にターゲット表面に形成され得る、あらゆる汚染を除去する。まず、Pt層をナノ構造化ウィスカー上に直接コーティングして、約20マイクログラム/cmのPtを担持させる。次いで、Ir触媒上層をPt層上にスパッタ堆積して、15マイクログラム/cmのIrを担持させた。 Four cryopumps (obtained from Austin Scientific, Oxford Instruments, Austin, Tex.), Turbopump, typical Ar sputter gas pressure of about 0.66 Pa, 5 cm x 25.4 cm (2 in x 10 in) rectangle A vacuum sputter deposition system (obtained as Model Custom Research from Mille Lane Engineering Co., USA) equipped with a sputter target (obtained from Sophisticated Alloys, Inc. (Butler, PA, USA)) was used. Prior to deposition, the sputtering chamber was evacuated to a base pressure of 9.3 × 10 −6 Pa (7 × 10 −7 Torr). The coating was deposited by using ultra high purity Ar as the sputtering gas and magnetron power in the range of 30-300 Watts. High purity (99.9 +%), Pt, Ir and Ru were used for the sputtering target. Each target was pre-sputtered to clean the surface before vapor deposition. The substrate to be sputtered was placed away from the sputtering target. Each target is then struck for a given time to remove any contamination that may form on the target surface when the system is exposed to atmospheric pressure to contain the sample. First, a Pt layer is coated directly onto the nanostructured whiskers to carry about 20 micrograms / cm 2 of Pt. An Ir catalyst top layer was then sputter deposited onto the Pt layer to support 15 micrograms / cm 2 of Ir.

比較例Aの膜電極アセンブリ(MEA)を調製するために、NSTF触媒をアノードとして用いた。上述のMEA評価法を用いて、比較例AのMEAのOER有効性耐久時間を試験した。セル電圧において、初期値約1.68ボルトから、約5000秒後には2.2ボルトまでの上昇がみられた。   To prepare the comparative example A membrane electrode assembly (MEA), NSTF catalyst was used as the anode. Using the above-mentioned MEA evaluation method, the OER effectiveness durability time of the MEA of Comparative Example A was tested. The cell voltage increased from an initial value of about 1.68 volts to 2.2 volts after about 5000 seconds.

比較例B
比較例Bは、比較例Aで説明したように調整したが、ただし、NSTF触媒にPtを20マイクログラム/cm担持させた後、16マイクログラム/cmのZrを担持させ、次いで、Zrの上に、Irの担持量15マイクログラム/cmでIr層を担持させた点が異なる。上述のMEA評価法を用いて、比較例BのOER有効性耐久時間を試験した。結果を図3にプロットする。
Comparative Example B
Comparative Example B was prepared as described in Comparative Example A except that after supporting 20 microgram / cm 2 of Pt on the NSTF catalyst, Zr of 16 microgram / cm 2 was supported, and then Zr The Ir layer is supported at an Ir loading amount of 15 microgram / cm 2 . The OER effectiveness durability time of Comparative Example B was tested using the MEA evaluation method described above. The results are plotted in FIG.

比較例C
25マイクログラム/cm分散触媒の調製
使用した原材料は、50wt%Pt担持炭素触媒粉末(「SA50BK」という商品名でN.E.CHEMCAT(東京)から市販)、60/40のn−プロピルアルコール/水における固体含有率20%の、825当量のパーフルオロスルホン酸イオノマー(「3M825」という商品名で3M Company(米国ミネソタ州セントポール)から市販)、並びに、全固体含有率が12wt%でインクを形成するために、追加的なn−プロピルアルコール(nPa)及び水であった。ポリエチレンボトル内で原材料を共に混合して、インクを形成した。100〜200グラムのインク用に250グラムのボトルを用いた。インク混和物は、被覆可能な粘度とするには、5%〜25%の固体を含有するべきであり、固体含有率wt%は、インクにnPa及び水を加えることにより調整される。6ミリメートルのジルコニアビーズからなる混合媒質(「ZIRBEADS」という商品名でZircoa(米国オハイオ州ソロン)から入手)をインクの重量の1〜4倍の重量比で加えた。次いで、インクを30〜180回転毎分で4〜96時間ロールして、確実に適切に混合され、インクが均質になるようにした。次いで、番号が36〜72(3.6〜7.2ミル。ここで、1ミル=25.4マイクロメートル)のメイヤーバー(Industry Tech(米国フロリダ州オールドスマー)から入手)を用いて、このインクを剥離ライナー上に被覆した。標準的な剥離ライナーは、インクが容易に塗布され、そして乾燥後、膜などの別の基材への積層を含む方法によって、続いて塗布された材料を容易に除去し得るような剥離特性を有する基材である。所望の触媒担持量(例:400マイクログラムのPt/cm)を得るために、塗布のためのメイヤーバー番号を調整しなければならない。次いで、剥離ライナー+湿潤インクコーティングを75℃〜150℃で3〜10分間乾燥させて、本作業で説明した乾燥電極複合物を得た。
Comparative Example C
Preparation of 25 microgram / cm 2 dispersed catalyst The raw materials used were 50 wt% Pt-supported carbon catalyst powder (commercially available from NE CHEMCAT (Tokyo) under the trade name “SA50BK”), 60/40 n-propyl alcohol. 825 equivalents of perfluorosulfonic acid ionomer (commercially available under the trade name “3M825” from St. Paul, Minn., USA) with a solids content of 20% in water, and an ink with a total solids content of 12 wt% To form additional n-propyl alcohol (nPa) and water. The raw materials were mixed together in a polyethylene bottle to form an ink. A 250 gram bottle was used for 100-200 gram ink. The ink blend should contain 5% to 25% solids for a coatable viscosity, and the solids content wt% is adjusted by adding nPa and water to the ink. A mixed medium consisting of 6 millimeter zirconia beads (obtained from Zircoa (Solon, Ohio, USA) under the name "ZIRBEADS") was added at a weight ratio of 1-4 times the weight of the ink. The ink was then rolled at 30 to 180 revolutions per minute for 4 to 96 hours to ensure proper mixing and homogeneity of the ink. This was then used with a Mayer bar (obtained from Industry Tech (Oldsmer, Florida, USA)) numbered 36-72 (3.6-7.2 mils, where 1 mil = 25.4 micrometers). The ink was coated on a release liner. Standard release liners have release characteristics that allow ink to be easily applied and subsequently dried to facilitate removal of subsequently applied material by methods involving lamination to another substrate such as a film. It is the base material which has. In order to obtain the desired catalyst loading (eg 400 micrograms of Pt / cm 2 ), the Mayer bar number for coating must be adjusted. Next, the release liner + wet ink coating was dried at 75 ° C. to 150 ° C. for 3 to 10 minutes to obtain the dry electrode composite described in this work.

比較例Cは、比較例Aで説明したように調整した。ただし、NSTF触媒Zrを16マイクログラム/cm担持させ、次いで、15マイクログラム/cmのIrを担持させた後、再度、Pt分散触媒を担持量25マイクログラム/cmでウィスカー上に積層した点が異なる。この再積層は、膜電極アセンブリ(MEA)調製から外れて、積層体のうちの「ライナー上のPEM」層を、ライナー上の積層した片側触媒層付電解質膜と置き換え、条件を、177℃(350°F)、1.0MPA(100psig)、送り速度36.5センチメートル/分(1.2フィート毎分)に調整した。 Comparative Example C was adjusted as described in Comparative Example A. However, NSTF catalyst Zr was supported at 16 microgram / cm 2 , and then 15 microgram / cm 2 of Ir was supported, and then a Pt-dispersed catalyst was again laminated on the whisker at a supported amount of 25 microgram / cm 2. Different points. This restacking deviates from the membrane electrode assembly (MEA) preparation and replaces the “PEM on liner” layer of the stack with a laminated electrolyte membrane with one-sided catalyst layer on the liner and conditions are 177 ° C. ( 350 ° F), 1.0 MPA (100 psig), feed rate adjusted to 36.5 centimeters / minute (1.2 feet per minute).

上述のMEA評価法を用いて、比較例CのOER有効性耐久時間を試験した。結果を図3にプロットする。   The OER effectiveness durability time of Comparative Example C was tested using the MEA evaluation method described above. The results are plotted in FIG.

図3は、比較例A〜CのMEA及び実施例1〜6に挙げたGDLの微多孔層上にIrを堆積したMEAの繰り返しからの試験データを示す。上述のMEA評価法に従って、これらのMEAを、セル転極のOER耐久時間を試験した燃料電池に組み込んだ。図3の縦軸は、試験セル内の様々なMEAについて、標準水素電極ESHEに対するセル出力電圧を時間の関数で示す。本試験では、セル電圧を可能な限り1.7ボルト未満に保つことを望ましいものとした。上述のMEA調製手順に従って、膜電極アセンブリを調製した。アノード側及びカソード側にあるカーボンペーパーガス拡散層は、それぞれのアノード触媒層及びカソード触媒層に面したフルオロポリマー微多孔層(ガス拡散ミクロ層)を含んだ。水素還元反応(HRR)触媒Ptは、後述のように、ポリマー電解質膜上のアノード触媒層に組み込んだ。 FIG. 3 shows test data from repeated MEAs of Comparative Examples A-C and MEA with Ir deposited on the GDL microporous layers listed in Examples 1-6. In accordance with the MEA evaluation method described above, these MEAs were incorporated into fuel cells that were tested for OER endurance time of cell reversal. The vertical axis of FIG. 3 shows the cell output voltage as a function of time for the standard hydrogen electrode ESHE for various MEAs in the test cell. In this test, it was desirable to keep the cell voltage below 1.7 volts as much as possible. A membrane electrode assembly was prepared according to the MEA preparation procedure described above. The carbon paper gas diffusion layers on the anode side and cathode side included fluoropolymer microporous layers (gas diffusion microlayers) facing the respective anode catalyst layer and cathode catalyst layer. The hydrogen reduction reaction (HRR) catalyst Pt was incorporated in the anode catalyst layer on the polymer electrolyte membrane as described later.

実施例1〜6では、酸素発生反応(OER)触媒、ここではIrをGDLの微多孔層上に堆積させて、触媒被覆裏材(CCB)を形成した。比較例では、IrのOER触媒をPEM上のアノード触媒層に直接組み込んだ。比較例B(CE−B)及び比較例C(CE−C)並びに実施例2(E2)、実施例3(E3)、実施例5(E5)及び実施例6(E6)では、Zr又はZr/Hfの層をIrのOER触媒に沿って堆積させた。比較例CE−Bでは、平面相当厚さ250オングストローム(25ナノメートル)のZr層を、約10の表面粗さ係数(表面積増大率)でナノ構造化ウィスカー層上に堆積させたことにより、物理的にPtとウィスカー上のIrとを原子スケール(典型的には、5〜10ナノメートルの距離だけ)で隔てる効果が得られた。実施例1〜6は、比較例Aで説明したように調製した。ただし、下表に挙げた指示及びコメントが異なる。

Figure 2018503942
In Examples 1-6, an oxygen evolution reaction (OER) catalyst, here Ir, was deposited on a microporous layer of GDL to form a catalyst coated backing (CCB). In the comparative example, an Ir OER catalyst was incorporated directly into the anode catalyst layer on the PEM. In Comparative Example B (CE-B) and Comparative Example C (CE-C) and Example 2 (E2), Example 3 (E3), Example 5 (E5) and Example 6 (E6), Zr or Zr A layer of / Hf was deposited along Ir OER catalyst. In Comparative Example CE-B, a planar equivalent thickness of 250 angstroms (25 nanometers) Zr layer was deposited on the nanostructured whisker layer with a surface roughness coefficient (surface area augmentation factor) of about 10 to achieve physical properties. In particular, an effect of separating Pt and Ir on the whisker on an atomic scale (typically, a distance of 5 to 10 nanometers) was obtained. Examples 1-6 were prepared as described in Comparative Example A. However, the instructions and comments listed in the table below are different.
Figure 2018503942

本発明の範囲及び趣旨から逸脱することなく、本開示の予想され得る改変及び変更が当業者には明らかであろう。本発明は、説明の目的で本明細書で説明した各実施形態に限定されるべきものではない。   It will be apparent to those skilled in the art that modifications and variations can be made to the disclosure without departing from the scope and spirit of the invention. The present invention should not be limited to the embodiments described herein for purposes of illustration.

Claims (14)

第1のガス供給層と、
任意選択で第1のガス分散層と、
第1の触媒を含むアノード触媒層と、
膜と、
第2の触媒を含むカソード触媒層と、
任意選択で第2のガス分散層と、
第2のガス供給層と、を順に備え、
前記第1のガス供給層が、略対向した第1主面と第2主面とを有し、
前記アノード触媒層が、略対向した第1主面と第2主面とを有し、前記第1のガス供給層の前記第2主面が、前記アノード触媒層の前記第2主面によりも前記アノード触媒層の前記第1主面により近く、
前記膜が、略対向した第1主面と第2主面とを有し、前記アノード触媒層の前記第2主面が、前記膜の前記第2主面によりも前記膜の前記第1主面により近く、
前記カソード触媒層が、略対向した第1主面と第2主面とを有し、前記膜の前記第2主面が、前記カソード触媒層の前記第2主面によりも前記カソード触媒層の前記第1主面により近く、
前記第2のガス供給層が、略対向した第1主面と第2主面とを有し、前記カソード触媒層の前記第2主面が、前記第2のガス供給層の前記第2主面によりも前記第2のガス供給層の前記第1主面により近く、
下記の層のうちの少なくとも1つ、即ち、
前記第1のガス供給層の前記第1主面の上に配置された酸素発生反応触媒を含む層、
酸素発生反応触媒を含む前記第1のガス供給層、
前記第1のガス供給層の前記第2主面の上に配置された酸素発生反応触媒を含む層、
前記第1のガス供給層と前記第1のガス分散層との間に配置された酸素発生反応触媒を含む層、
前記第1のガス分散層の前記第1主面の上に配置された酸素発生反応触媒を含む層、
酸素発生反応触媒を含む前記第1のガス分散層、
前記第1のガス分散層の前記第2主面の上に配置された酸素発生反応触媒を含む層、
前記第2のガス分散層の前記第1主面の上に配置された酸素発生反応触媒を含む層、
酸素発生反応触媒を含む前記第2のガス分散層、
前記第2のガス分散層の前記第2主面の上に配置された酸素発生反応触媒を含む層、
前記第2のガス供給層と前記第2のガス分散層との間に配置された酸素発生反応触媒を含む層、
前記第2のガス供給層の前記第1主面の上に配置された酸素発生反応触媒を含む層、
酸素発生反応触媒を含む前記第2のガス供給層、
前記第2のガス供給層の前記第2主面の上に配置された酸素発生反応触媒を含む層、のうちの少なくとも1つが存在する、膜電極アセンブリ。
A first gas supply layer;
Optionally a first gas dispersion layer;
An anode catalyst layer comprising a first catalyst;
A membrane,
A cathode catalyst layer comprising a second catalyst;
Optionally a second gas dispersion layer;
A second gas supply layer in order,
The first gas supply layer has a first main surface and a second main surface which are substantially opposed to each other;
The anode catalyst layer has a first main surface and a second main surface that are substantially opposed to each other, and the second main surface of the first gas supply layer is more than the second main surface of the anode catalyst layer. Closer to the first major surface of the anode catalyst layer;
The membrane has a first main surface and a second main surface that are substantially opposed to each other, and the second main surface of the anode catalyst layer is more than the second main surface of the membrane than the first main surface of the membrane. Closer to the surface,
The cathode catalyst layer has a first main surface and a second main surface that are substantially opposed to each other, and the second main surface of the membrane is more than the second main surface of the cathode catalyst layer. Closer to the first main surface,
The second gas supply layer has a first main surface and a second main surface that are substantially opposed to each other, and the second main surface of the cathode catalyst layer is the second main surface of the second gas supply layer. Closer to the first main surface of the second gas supply layer than to the surface,
At least one of the following layers:
A layer containing an oxygen generation reaction catalyst disposed on the first main surface of the first gas supply layer;
The first gas supply layer containing an oxygen generation reaction catalyst;
A layer containing an oxygen generation reaction catalyst disposed on the second main surface of the first gas supply layer;
A layer containing an oxygen generation reaction catalyst disposed between the first gas supply layer and the first gas dispersion layer;
A layer containing an oxygen generation reaction catalyst disposed on the first main surface of the first gas dispersion layer;
The first gas dispersion layer containing an oxygen generation reaction catalyst;
A layer containing an oxygen generation reaction catalyst disposed on the second main surface of the first gas dispersion layer;
A layer containing an oxygen generation reaction catalyst disposed on the first main surface of the second gas dispersion layer;
The second gas dispersion layer containing an oxygen generation reaction catalyst;
A layer containing an oxygen generation reaction catalyst disposed on the second main surface of the second gas dispersion layer;
A layer containing an oxygen generation reaction catalyst disposed between the second gas supply layer and the second gas dispersion layer;
A layer containing an oxygen generation reaction catalyst disposed on the first main surface of the second gas supply layer;
The second gas supply layer containing an oxygen generation reaction catalyst;
A membrane electrode assembly wherein there is at least one of a layer comprising an oxygen evolution reaction catalyst disposed on the second major surface of the second gas supply layer.
前記アノード触媒層が、
(a)元素Au、Co、Fe、Ir、Mn、Ni、Os、Pd、Pt、Rh若しくはRuのうちの少なくとも1つ、
(b)Au、Co、Fe、Ir、Mn、Ni、Os、Pd、Pt、Rh若しくはRuのうちの少なくとも1つを含む、少なくとも1つの合金、
(c)Au、Co、Fe、Ir、Mn、Ni、Os、Pd、Pt、Rh若しくはRuのうちの少なくとも1つを含む、少なくとも1つの複合物、
(d)Au、Co、Fe、Ir、Mn、Ni、Os、Pd、Pt、Rh若しくはRuのうちの少なくとも1つの、少なくとも1つの酸化物、
(e)Au、Co、Fe、Ir、Mn、Ni、Os、Pd、Pt、Rh若しくはRuのうちの少なくとも1つの、少なくとも1つの有機金属錯体、
(f)Au、Co、Fe、Ir、Mn、Ni、Os、Pd、Pt、Rh若しくはRuのうちの少なくとも1つの、少なくとも1つの炭化物、
(g)Au、Co、Fe、Ir、Mn、Ni、Os、Pd、Pt、Rh若しくはRuのうちの少なくとも1つの、少なくとも1つのフッ化物、
(h)Au、Co、Fe、Ir、Mn、Ni、Os、Pd、Pt、Rh若しくはRuのうちの少なくとも1つの、少なくとも1つの窒化物、
(i)Au、Co、Fe、Ir、Mn、Ni、Os、Pd、Pt、Rh若しくはRuのうちの少なくとも1つの、少なくとも1つのホウ化物、
(j)Au、Co、Fe、Ir、Mn、Ni、Os、Pd、Pt、Rh若しくはRuのうちの少なくとも1つの、少なくとも1つの酸炭化物、
(k)Au、Co、Fe、Ir、Mn、Ni、Os、Pd、Pt、Rh若しくはRuのうちの少なくとも1つの、少なくとも1つの酸フッ化物、
(l)Au、Co、Fe、Ir、Mn、Ni、Os、Pd、Pt、Rh若しくはRuのうちの少なくとも1つの、少なくとも1つの酸窒化物、又は
(m)Au、Co、Fe、Ir、Mn、Ni、Os、Pd、Pt、Rh若しくはRuのうちの少なくとも1つの、少なくとも1つの酸ホウ化物、
のうちの少なくとも1つを含む、請求項1に記載の膜電極アセンブリ。
The anode catalyst layer is
(A) at least one of the elements Au, Co, Fe, Ir, Mn, Ni, Os, Pd, Pt, Rh or Ru,
(B) at least one alloy comprising at least one of Au, Co, Fe, Ir, Mn, Ni, Os, Pd, Pt, Rh or Ru;
(C) at least one composite comprising at least one of Au, Co, Fe, Ir, Mn, Ni, Os, Pd, Pt, Rh or Ru;
(D) at least one oxide of at least one of Au, Co, Fe, Ir, Mn, Ni, Os, Pd, Pt, Rh or Ru,
(E) at least one organometallic complex of at least one of Au, Co, Fe, Ir, Mn, Ni, Os, Pd, Pt, Rh or Ru;
(F) at least one carbide of at least one of Au, Co, Fe, Ir, Mn, Ni, Os, Pd, Pt, Rh or Ru,
(G) at least one fluoride of at least one of Au, Co, Fe, Ir, Mn, Ni, Os, Pd, Pt, Rh or Ru;
(H) at least one nitride of at least one of Au, Co, Fe, Ir, Mn, Ni, Os, Pd, Pt, Rh or Ru;
(I) at least one boride of at least one of Au, Co, Fe, Ir, Mn, Ni, Os, Pd, Pt, Rh or Ru;
(J) at least one acid carbide of at least one of Au, Co, Fe, Ir, Mn, Ni, Os, Pd, Pt, Rh or Ru,
(K) at least one oxyfluoride of at least one of Au, Co, Fe, Ir, Mn, Ni, Os, Pd, Pt, Rh or Ru,
(L) At least one oxynitride of at least one of Au, Co, Fe, Ir, Mn, Ni, Os, Pd, Pt, Rh, or Ru, or (m) Au, Co, Fe, Ir, At least one acid boride of at least one of Mn, Ni, Os, Pd, Pt, Rh or Ru,
The membrane electrode assembly according to claim 1, comprising at least one of:
前記アノード触媒層が、
(a’)元素Al、炭素、Hf、Nb、Re、Si、Sn、Ta、Ti、W若しくはZrのうちの少なくとも1つ、
(b’)元素Al、炭素、Hf、Nb、Re、Si、Sn、Ta、Ti、W若しくはZrのうちの少なくとも1つを含む、少なくとも1つの合金、
(c’)Al、炭素、Hf、Nb、Re、Si、Sn、Ta、Ti、W若しくはZrのうちの少なくとも1つを含む、少なくとも1つの複合物、
(d’)Al、Hf、Nb、Re、Si、Sn、Ta、Ti、W若しくはZrのうちの少なくとも1つの、少なくとも1つの酸化物、
(e’)Al、Hf、Nb、Re、Si、Sn、Ta、Ti、W若しくはZrのうちの少なくとも1つの、少なくとも1つの有機金属錯体、
(f’)Al、Hf、Nb、Re、Si、Sn、Ta、Ti、W若しくはZrのうちの少なくとも1つの、少なくとも1つの炭化物、
(g’)Al、炭素、Hf、Nb、Re、Si、Sn、Ta、Ti、W若しくはZrのうちの少なくとも1つの、少なくとも1つのフッ化物、
(h’)Al、炭素、Hf、Nb、Re、Si、Sn、Ta、Ti、W若しくはZrのうちの少なくとも1つの、少なくとも1つの窒化物、
(i’)Al、Hf、Nb、Re、Si、Sn、Ta、Ti、W若しくはZrのうちの少なくとも1つの、少なくとも1つの酸炭化物、
(j’)Al、Hf、Nb、Re、Si、Sn、Ta、Ti、W若しくはZrのうちの少なくとも1つの、少なくとも1つの酸フッ化物、
(k’)Al、炭素、Hf、Nb、Re、Si、Sn、Ta、Ti、W若しくはZrのうちの少なくとも1つの、少なくとも1つの酸窒化物、
(l’)Al、炭素、Hf、Nb、Re、Si、Sn、Ta、Ti、W若しくはZrのうちの少なくとも1つの、少なくとも1つのホウ化物、又は
(m’)Al、Hf、Nb、Re、Si、Sn、Ta、Ti、W若しくはZrのうちの少なくとも1つの、少なくとも1つの酸ホウ化物、
のうちの少なくとも1つを含む、請求項1又は2に記載の膜電極アセンブリ。
The anode catalyst layer is
(A ′) at least one of the elements Al, carbon, Hf, Nb, Re, Si, Sn, Ta, Ti, W or Zr,
(B ′) at least one alloy comprising at least one of the elements Al, carbon, Hf, Nb, Re, Si, Sn, Ta, Ti, W or Zr;
(C ′) at least one composite comprising at least one of Al, carbon, Hf, Nb, Re, Si, Sn, Ta, Ti, W or Zr;
(D ′) at least one oxide of at least one of Al, Hf, Nb, Re, Si, Sn, Ta, Ti, W or Zr,
(E ′) at least one organometallic complex of at least one of Al, Hf, Nb, Re, Si, Sn, Ta, Ti, W or Zr,
(F ′) at least one carbide of at least one of Al, Hf, Nb, Re, Si, Sn, Ta, Ti, W or Zr,
(G ′) at least one fluoride of at least one of Al, carbon, Hf, Nb, Re, Si, Sn, Ta, Ti, W or Zr,
(H ′) at least one nitride of at least one of Al, carbon, Hf, Nb, Re, Si, Sn, Ta, Ti, W or Zr,
(I ′) at least one oxycarbide of at least one of Al, Hf, Nb, Re, Si, Sn, Ta, Ti, W or Zr,
(J ′) at least one oxyfluoride of at least one of Al, Hf, Nb, Re, Si, Sn, Ta, Ti, W or Zr,
(K ′) at least one oxynitride of at least one of Al, carbon, Hf, Nb, Re, Si, Sn, Ta, Ti, W or Zr,
(L ′) at least one boride of at least one of Al, carbon, Hf, Nb, Re, Si, Sn, Ta, Ti, W or Zr, or (m ′) Al, Hf, Nb, Re At least one acid boride of at least one of Si, Sn, Ta, Ti, W or Zr,
The membrane electrode assembly according to claim 1 or 2, comprising at least one of the following.
前記アノード触媒層が、前記触媒が付着したナノ構造化ウィスカーを含む、請求項1〜3のいずれか一項に記載の膜電極アセンブリ。   The membrane electrode assembly according to any one of claims 1 to 3, wherein the anode catalyst layer comprises nanostructured whiskers to which the catalyst is attached. 前記カソード触媒層が、
(a’’)元素Au、Co、Fe、Ir、Mn、Ni、Os、Pd、Pt、Rh若しくはRuのうちの少なくとも1つ、
(b’’)Au、Co、Fe、Ir、Mn、Ni、Os、Pd、Pt、Rh若しくはRuのうちの少なくとも1つを含む、少なくとも1つの合金、
(c’’)Au、Co、Fe、Ir、Mn、Ni、Os、Pd、Pt、Rh若しくはRuのうちの少なくとも1つを含む、少なくとも1つの複合物、
(d’’)Au、Co、Fe、Ir、Mn、Ni、Os、Pd、Pt、Rh若しくはRuのうちの少なくとも1つの、少なくとも1つの酸化物、
(e’’)Au、Co、Fe、Ir、Mn、Ni、Os、Pd、Pt、Rh若しくはRuのうちの少なくとも1つの、少なくとも1つの有機金属錯体、
(f’’)Au、Co、Fe、Ir、Mn、Ni、Os、Pd、Pt、Rh若しくはRuのうちの少なくとも1つの、少なくとも1つの炭化物、
(g’’)Au、Co、Fe、Ir、Mn、Ni、Os、Pd、Pt、Rh若しくはRuのうちの少なくとも1つの、少なくとも1つのフッ化物、
(h’’)Au、Co、Fe、Ir、Mn、Ni、Os、Pd、Pt、Rh若しくはRuのうちの少なくとも1つの、少なくとも1つの窒化物、
(i’’)Au、Co、Fe、Ir、Mn、Ni、Os、Pd、Pt、Rh若しくはRuのうちの少なくとも1つの、少なくとも1つのホウ化物、
(j’’)Au、Co、Fe、Ir、Mn、Ni、Os、Pd、Pt、Rh若しくはRuのうちの少なくとも1つの、少なくとも1つの酸炭化物、
(k’’)Au、Co、Fe、Ir、Mn、Ni、Os、Pd、Pt、Rh若しくはRuのうちの少なくとも1つの、少なくとも1つの酸フッ化物、
(l’’)Au、Co、Fe、Ir、Mn、Ni、Os、Pd、Pt、Rh若しくはRuのうちの少なくとも1つの、少なくとも1つの酸窒化物、又は
(m’’)Au、Co、Fe、Ir、Mn、Ni、Os、Pd、Pt、Rh若しくはRuのうちの少なくとも1つの、少なくとも1つの酸ホウ化物、
のうちの少なくとも1つを含む、請求項1〜4のいずれか一項に記載の膜電極アセンブリ。
The cathode catalyst layer is
(A ″) at least one of the elements Au, Co, Fe, Ir, Mn, Ni, Os, Pd, Pt, Rh or Ru,
(B ″) at least one alloy comprising at least one of Au, Co, Fe, Ir, Mn, Ni, Os, Pd, Pt, Rh or Ru;
(C ″) at least one composite comprising at least one of Au, Co, Fe, Ir, Mn, Ni, Os, Pd, Pt, Rh or Ru;
(D ″) at least one oxide of at least one of Au, Co, Fe, Ir, Mn, Ni, Os, Pd, Pt, Rh or Ru,
(E ″) at least one organometallic complex of at least one of Au, Co, Fe, Ir, Mn, Ni, Os, Pd, Pt, Rh or Ru,
(F ″) at least one carbide of at least one of Au, Co, Fe, Ir, Mn, Ni, Os, Pd, Pt, Rh or Ru,
(G ″) at least one fluoride of at least one of Au, Co, Fe, Ir, Mn, Ni, Os, Pd, Pt, Rh or Ru,
(H ″) at least one nitride of at least one of Au, Co, Fe, Ir, Mn, Ni, Os, Pd, Pt, Rh or Ru,
(I ″) at least one boride of at least one of Au, Co, Fe, Ir, Mn, Ni, Os, Pd, Pt, Rh or Ru;
(J ″) at least one acid carbide of at least one of Au, Co, Fe, Ir, Mn, Ni, Os, Pd, Pt, Rh or Ru,
(K ″) at least one oxyfluoride of at least one of Au, Co, Fe, Ir, Mn, Ni, Os, Pd, Pt, Rh or Ru,
(L ″) at least one oxynitride of Au, Co, Fe, Ir, Mn, Ni, Os, Pd, Pt, Rh or Ru, or (m ″) Au, Co, At least one acid boride of at least one of Fe, Ir, Mn, Ni, Os, Pd, Pt, Rh or Ru,
The membrane electrode assembly according to any one of claims 1 to 4, comprising at least one of the following.
前記カソード触媒層が、
(a’’’)元素Al、炭素、Hf、Nb、Re、Si、Sn、Ta、Ti、W若しくはZrのうちの少なくとも1つ、
(b’’’)Al、炭素、Hf、Nb、Re、Si、Sn、Ta、Ti、W若しくはZrのうちの少なくとも1つを含む、少なくとも1つの合金、
(c’’’)Al、炭素、Hf、Nb、Re、Si、Sn、Ta、Ti、W若しくはZrのうちの少なくとも1つを含む、少なくとも1つの複合物、
(d’’’)Al、Hf、Nb、Re、Si、Sn、Ta、Ti、W若しくはZrのうちの少なくとも1つの、少なくとも1つの酸化物、
(e’’’)Al、Hf、Nb、Re、Si、Sn、Ta、Ti、W若しくはZrのうちの少なくとも1つの、少なくとも1つの有機金属錯体、
(f’’’)Al、Hf、Nb、Re、Si、Sn、Ta、Ti、W若しくはZrのうちの少なくとも1つの、少なくとも1つの炭化物、
(g’’’)Al、炭素、Hf、Nb、Re、Si、Sn、Ta、Ti、W若しくはZrのうちの少なくとも1つの、少なくとも1つのフッ化物、
(h’’’)Al、炭素、Hf、Nb、Re、Si、Sn、Ta、Ti、W若しくはZrのうちの少なくとも1つの、少なくとも1つの窒化物、
(i’’’)Al、Hf、Nb、Re、Si、Sn、Ta、Ti、W若しくはZrのうちの少なくとも1つの、少なくとも1つの酸炭化物、
(j’’’)Al、Hf、Nb、Re、Si、Sn、Ta、Ti、W若しくはZrのうちの少なくとも1つの、少なくとも1つの酸フッ化物、
(k’’’)Al、炭素、Hf、Nb、Re、Si、Sn、Ta、Ti、W若しくはZrのうちの少なくとも1つの酸窒化物、
(l’’’)Al、炭素、Hf、Nb、Re、Si、Sn、Ta、Ti、W若しくはZrのうちの少なくとも1つの、少なくとも1つのホウ化物、又は
(m’’’)Al、Hf、Nb、Re、Si、Sn、Ta、Ti、W若しくはZrのうちの少なくとも1つの、少なくとも1つの酸ホウ化物、
のうちの少なくとも1つを含む、請求項1〜5のいずれか一項に記載の膜電極アセンブリ。
The cathode catalyst layer is
(A ′ ″) at least one of the elements Al, carbon, Hf, Nb, Re, Si, Sn, Ta, Ti, W or Zr,
(B ′ ″) at least one alloy comprising at least one of Al, carbon, Hf, Nb, Re, Si, Sn, Ta, Ti, W or Zr;
(C ′ ″) at least one composite comprising at least one of Al, carbon, Hf, Nb, Re, Si, Sn, Ta, Ti, W or Zr;
(D ′ ″) at least one oxide of at least one of Al, Hf, Nb, Re, Si, Sn, Ta, Ti, W or Zr,
(E ′ ″) at least one organometallic complex of at least one of Al, Hf, Nb, Re, Si, Sn, Ta, Ti, W or Zr,
(F ″ ′) at least one carbide of at least one of Al, Hf, Nb, Re, Si, Sn, Ta, Ti, W or Zr,
(G ′ ″) at least one fluoride of at least one of Al, carbon, Hf, Nb, Re, Si, Sn, Ta, Ti, W or Zr,
(H ′ ″) at least one nitride of at least one of Al, carbon, Hf, Nb, Re, Si, Sn, Ta, Ti, W or Zr,
(I ′ ″) at least one oxycarbide of at least one of Al, Hf, Nb, Re, Si, Sn, Ta, Ti, W or Zr,
(J ′ ″) at least one oxyfluoride of at least one of Al, Hf, Nb, Re, Si, Sn, Ta, Ti, W or Zr,
(K ′ ″) at least one oxynitride of Al, carbon, Hf, Nb, Re, Si, Sn, Ta, Ti, W or Zr,
(L ′ ″) at least one boride of at least one of Al, carbon, Hf, Nb, Re, Si, Sn, Ta, Ti, W or Zr, or (m ′ ″) Al, Hf At least one acid boride of at least one of Nb, Re, Si, Sn, Ta, Ti, W or Zr,
The membrane electrode assembly according to any one of claims 1 to 5, comprising at least one of the following.
前記カソード触媒層が、前記触媒が付着したナノ構造化ウィスカーを含む、請求項1〜6のいずれか一項に記載の膜電極アセンブリ。   The membrane electrode assembly according to any one of claims 1 to 6, wherein the cathode catalyst layer comprises nanostructured whiskers to which the catalyst is attached. 前記膜電極アセンブリが、
(a)前記酸素発生反応触媒を含む複数の前記層のうちの少なくとも1つが、1:1以下の元素金属酸素発生反応触媒に対する元素金属Ptの比率を有する、又は
(b)前記酸素発生反応触媒を含む、前記第1のガス供給層、前記第2のガス供給層、前記任意の第1のガス分散層又は前記任意の第2のガス分散層のうちの少なくとも1つの上に配置された前記層のうちの少なくとも1つが、1:1以下の元素金属酸素発生反応触媒に対する元素金属Ptの比率を有する、のうちの少なくとも1つを含む、請求項1〜7のいずれか一項に記載の膜電極アセンブリ。
The membrane electrode assembly comprises:
(A) At least one of the plurality of layers including the oxygen generation reaction catalyst has a ratio of the element metal Pt to the element metal oxygen generation reaction catalyst of 1: 1 or less, or (b) the oxygen generation reaction catalyst The first gas supply layer, the second gas supply layer, the optional first gas dispersion layer, or the optional second gas dispersion layer disposed on at least one of 8. At least one of the layers comprises at least one of having a ratio of elemental metal Pt to elemental metal oxygen evolution reaction catalyst of 1: 1 or less, according to any one of claims 1-7. Membrane electrode assembly.
前記第1のガス分散層が、略対向した第1主面と第2主面とを有し、前記第1のガス供給層の前記第2主面が、前記第1のガス分散層の前記第2主面によりも前記第1のガス分散層の前記第1主面により近い、請求項1〜8のいずれか一項に記載の膜電極アセンブリ。   The first gas dispersion layer has a first main surface and a second main surface that are substantially opposed to each other, and the second main surface of the first gas supply layer is the first gas dispersion layer of the first gas dispersion layer. The membrane electrode assembly according to any one of claims 1 to 8, which is closer to the first main surface of the first gas dispersion layer than to the second main surface. 前記第1のガス供給層が、Ptを実質的に含まない、請求項9に記載の膜電極アセンブリ。   The membrane electrode assembly according to claim 9, wherein the first gas supply layer is substantially free of Pt. 前記第2のガス分散層が、略対向した第1主面と第2主面とを有し、前記カソード触媒層の前記第2主面が、前記第2のガス分散層の前記第2主面によりも前記第2のガス分散層の前記第1主面により近い、請求項1〜10のいずれか一項に記載の膜電極アセンブリ。   The second gas dispersion layer has a first main surface and a second main surface that are substantially opposed to each other, and the second main surface of the cathode catalyst layer is the second main surface of the second gas dispersion layer. The membrane electrode assembly according to any one of claims 1 to 10, which is closer to the first main surface of the second gas dispersion layer than to a surface. 前記第2のガス供給層が、Ptを実質的に含まない、請求項11に記載の膜電極アセンブリ。   The membrane electrode assembly according to claim 11, wherein the second gas supply layer is substantially free of Pt. 請求項1〜12のうちのいずれか一項に記載の膜電極アセンブリのうちの少なくとも1つを備える、電気化学デバイス。   An electrochemical device comprising at least one of the membrane electrode assemblies according to any one of claims 1-12. 前記電気化学デバイスが、燃料電池である、請求項13に記載の電気化学デバイス。   The electrochemical device according to claim 13, wherein the electrochemical device is a fuel cell.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6799346B1 (en) * 2020-05-21 2020-12-16 学校法人同志社 Oxygen catalyst, electrodes using the oxygen catalyst, and electrochemical measurement method
WO2021137517A1 (en) * 2019-12-31 2021-07-08 코오롱인더스트리 주식회사 Membrane-electrode assembly capable of improving reverse voltage durability of fuel cell, method for manufacturing same, and fuel cell including same

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11094953B2 (en) 2015-05-26 2021-08-17 3M Innovative Properties Company Electrode membrane assembly having an oxygen evolution catalyst electrodes, and methods of making and using the same
TWI580103B (en) 2016-07-27 2017-04-21 財團法人工業技術研究院 Electrocatalyst and fuel cell employing the same
KR20200014297A (en) * 2017-06-05 2020-02-10 쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 캄파니 Electrode Catalyst-Containing Dispersion Compositions and Articles therefrom
JP7027874B2 (en) * 2017-12-21 2022-03-02 トヨタ自動車株式会社 Separator for fuel cell and its manufacturing method
US11404702B2 (en) 2018-04-04 2022-08-02 3M Innovative Properties Company Catalyst comprising Pt, Ni, and Cr
WO2019198031A1 (en) 2018-04-13 2019-10-17 3M Innovative Properties Company Catalyst
WO2019198029A1 (en) 2018-04-13 2019-10-17 3M Innovative Properties Company Catalyst
CN112771212A (en) 2018-09-28 2021-05-07 3M创新有限公司 Hydrogen fuel system
WO2021102739A1 (en) * 2019-11-27 2021-06-03 苏州擎动动力科技有限公司 Membrane electrode and manufacturing method thereof, and fuel cell
CN111082078B (en) * 2019-12-30 2021-08-03 新源动力股份有限公司 Preparation method of high-performance voltage reversal resistant membrane electrode assembly
KR20220049690A (en) * 2020-10-15 2022-04-22 코오롱인더스트리 주식회사 Membrane-Electrode Assembly Capable of Satisfying Both Requirements of Excellent Performance and High Durability and Fuel Cell Comprising The Same

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006134629A (en) * 2004-11-04 2006-05-25 Honda Motor Co Ltd Electrode structure of solid polymer fuel cell
JP2006314871A (en) * 2005-05-10 2006-11-24 Toyota Motor Corp Porphyrin based electrode catalyst
JP2008016356A (en) * 2006-07-06 2008-01-24 Nissan Motor Co Ltd Gas diffusion electrode and fuel cell made by using it
JP2009238685A (en) * 2008-03-28 2009-10-15 Panasonic Corp Catalyst carrier and catalyst electrode
JP2010149008A (en) * 2008-12-24 2010-07-08 Toyota Motor Corp Electrode catalyst
JP2012524981A (en) * 2009-04-23 2012-10-18 スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー Control of catalytic properties by intermixed inorganic materials
US20130022890A1 (en) * 2011-07-18 2013-01-24 Ford Motor Company Solid polymer electrolyte fuel cell with improved voltage reversal tolerance
JP2013164929A (en) * 2012-02-09 2013-08-22 Toyota Motor Corp Method of producing electrode catalyst for fuel cell
JP2014101266A (en) * 2012-11-22 2014-06-05 National Institute For Materials Science SMALL DIAMETER Ni3C NANOPARTICLE AND PRODUCTION METHOD OF THE SAME, AND SMALL DIAMETER Ni3C NANOPARTICLE INCLUSION ELECTRODE CATALYST AND PRODUCTION METHOD OF THE SAME

Family Cites Families (30)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4340276A (en) 1978-11-01 1982-07-20 Minnesota Mining And Manufacturing Company Method of producing a microstructured surface and the article produced thereby
US4568598A (en) 1984-10-30 1986-02-04 Minnesota Mining And Manufacturing Company Article with reduced friction polymer sheet support
US4812352A (en) 1986-08-25 1989-03-14 Minnesota Mining And Manufacturing Company Article having surface layer of uniformly oriented, crystalline, organic microstructures
US5039561A (en) 1986-08-25 1991-08-13 Minnesota Mining And Manufacturing Company Method for preparing an article having surface layer of uniformly oriented, crystalline, organic microstructures
US5306579A (en) * 1992-10-30 1994-04-26 Aer Energy Resources, Inc. Bifunctional metal-air electrode
US5338430A (en) 1992-12-23 1994-08-16 Minnesota Mining And Manufacturing Company Nanostructured electrode membranes
US5879828A (en) 1997-10-10 1999-03-09 Minnesota Mining And Manufacturing Company Membrane electrode assembly
US6136412A (en) * 1997-10-10 2000-10-24 3M Innovative Properties Company Microtextured catalyst transfer substrate
US5879827A (en) 1997-10-10 1999-03-09 Minnesota Mining And Manufacturing Company Catalyst for membrane electrode assembly and method of making
US6610436B1 (en) 1998-09-11 2003-08-26 Gore Enterprise Holdings Catalytic coatings and fuel cell electrodes and membrane electrode assemblies made therefrom
US6482763B2 (en) 1999-12-29 2002-11-19 3M Innovative Properties Company Suboxide fuel cell catalyst for enhanced reformate tolerance
US6465041B1 (en) 2001-12-19 2002-10-15 3M Innovative Properties Company Method of making gas diffusion layers for electrochemical cells
ATE300101T1 (en) 2002-05-31 2005-08-15 Umicore Ag & Co Kg METHOD FOR PRODUCING MEMBRANE-ELECTRODE ASSEMBLY USING CATALYST-COATED MEMBRANES AND ADHESIVES
US6946362B2 (en) 2002-09-06 2005-09-20 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Method and apparatus for forming high surface area material films and membranes
US6624328B1 (en) 2002-12-17 2003-09-23 3M Innovative Properties Company Preparation of perfluorinated vinyl ethers having a sulfonyl fluoride end-group
US7348088B2 (en) 2002-12-19 2008-03-25 3M Innovative Properties Company Polymer electrolyte membrane
US7419741B2 (en) 2003-09-29 2008-09-02 3M Innovative Properties Company Fuel cell cathode catalyst
JP2005216834A (en) 2004-02-02 2005-08-11 Matsushita Electric Ind Co Ltd Polymer electrolyte type fuel cell
US7569082B2 (en) 2004-10-07 2009-08-04 Gm Global Technology Operations, Inc. Manufacture of unitized electrode assembly for PEM fuel cells
JP4993867B2 (en) * 2005-03-07 2012-08-08 ダイハツ工業株式会社 Fuel cell
US7901829B2 (en) 2005-09-13 2011-03-08 3M Innovative Properties Company Enhanced catalyst interface for membrane electrode assembly
US20090186548A1 (en) 2008-01-18 2009-07-23 Mmi-Ipco, Llc Composite Fabrics
KR20100004495A (en) 2008-07-04 2010-01-13 현대자동차주식회사 Method for bonding mea and gdl of fuel cell stack
JP2010049933A (en) 2008-08-21 2010-03-04 Toyota Motor Corp Manufacturing method for electrode of fuel cell
US9263748B2 (en) 2009-01-08 2016-02-16 Daimler Ag Reversal tolerant membrane electrode assembly for a fuel cell
US9337494B2 (en) 2009-01-12 2016-05-10 GM Global Technology Operations LLC Ionic layer with oxygen evolution reaction catalyst for electrode protection
KR20110046907A (en) 2009-10-29 2011-05-06 (주)에프티이앤이 Nano fiber filter media with nano fiber adhesive layer and method of making the same
WO2013101595A1 (en) * 2011-12-29 2013-07-04 3M Innovative Properties Company Electrochemical cell electrode
US9827709B2 (en) 2012-12-21 2017-11-28 The University Of Akron Adhesive attachment discs
US20160079604A1 (en) 2013-04-23 2016-03-17 3M Company Catalyst electrodes and method of making it

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006134629A (en) * 2004-11-04 2006-05-25 Honda Motor Co Ltd Electrode structure of solid polymer fuel cell
JP2006314871A (en) * 2005-05-10 2006-11-24 Toyota Motor Corp Porphyrin based electrode catalyst
JP2008016356A (en) * 2006-07-06 2008-01-24 Nissan Motor Co Ltd Gas diffusion electrode and fuel cell made by using it
JP2009238685A (en) * 2008-03-28 2009-10-15 Panasonic Corp Catalyst carrier and catalyst electrode
JP2010149008A (en) * 2008-12-24 2010-07-08 Toyota Motor Corp Electrode catalyst
JP2012524981A (en) * 2009-04-23 2012-10-18 スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー Control of catalytic properties by intermixed inorganic materials
US20130022890A1 (en) * 2011-07-18 2013-01-24 Ford Motor Company Solid polymer electrolyte fuel cell with improved voltage reversal tolerance
JP2013164929A (en) * 2012-02-09 2013-08-22 Toyota Motor Corp Method of producing electrode catalyst for fuel cell
JP2014101266A (en) * 2012-11-22 2014-06-05 National Institute For Materials Science SMALL DIAMETER Ni3C NANOPARTICLE AND PRODUCTION METHOD OF THE SAME, AND SMALL DIAMETER Ni3C NANOPARTICLE INCLUSION ELECTRODE CATALYST AND PRODUCTION METHOD OF THE SAME

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021137517A1 (en) * 2019-12-31 2021-07-08 코오롱인더스트리 주식회사 Membrane-electrode assembly capable of improving reverse voltage durability of fuel cell, method for manufacturing same, and fuel cell including same
JP6799346B1 (en) * 2020-05-21 2020-12-16 学校法人同志社 Oxygen catalyst, electrodes using the oxygen catalyst, and electrochemical measurement method
WO2021235497A1 (en) * 2020-05-21 2021-11-25 学校法人同志社 Oxygen catalyst, electrode using said oxygen catalyst, and electrochemical measurement method
JP2021184340A (en) * 2020-05-21 2021-12-02 学校法人同志社 Oxygen catalyst, electrode using oxygen catalyst, and electrochemical measurement method
US11777106B2 (en) 2020-05-21 2023-10-03 The Doshisha Oxygen catalyst, electrode using the same, and electrochemical measurement method

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